【恆星3】黑洞其實如何運作？
想像你站在海旁，拋一塊石頭出去。拋得不夠快的話，石頭很快就掉落海；拋得夠快，它就會飛得越遠。黑洞的故事，其實就由「能逃走，還是不能逃走」開始：當重力強到連光都逃不出去，宇宙就出現一個極端而神秘的狀態——黑洞。
巨星的遺產：由白矮星到中子星，再到黑洞
恆星老去之後，會留下「核心」殘骸，靠不同機制抵抗自身重力的壓縮：
- 白矮星：由電子的「簡併壓力」撐住。簡單想像，電子好似戲院的座位規矩——每個座位最多坐一個人（泡利不相容原理），逼到最密時，就會產生一股「不讓再逼」的壓力，頂住重力。這種機制有上限，核心質量大約不可以超過太陽質量的1.4倍（錢德拉塞卡極限）。
- 中子星：如果再重啲，電子同質子被「擠」成中子，換成「中子簡併壓力」頂住。這個上限大約在2至3個太陽質量之間（托爾曼–奧本海默–沃爾科夫極限）。
- 黑洞：當殘骸再重過這個上限，已知物理裡沒有更強的壓力能抵抗重力，物質就會持續塌縮。理論推算與實驗數據都支持：若核心質量超過約3個太陽質量，便難逃成為黑洞。
天文觀測告訴我們，宇宙裡有好多初始質量遠大於太陽十倍、百倍的恆星。它們超新星爆發後，殘餘核心往往足夠重，令命運幾乎註定走向黑洞。
逃逸速度與事件視界：光為何走唔甩
逃逸速度是指要擺脫一個天體重力所需的最低速度。地球的逃逸速度約11.2公里/秒；如果一個天體的逃逸速度高過光速，光也走唔甩。廣義相對論顯示，當物質塌縮到某個半徑以內，會形成一個「事件視界」：界內一切訊息（包括光）無法返回宇宙。這個邊界的大小，對於不旋轉、無電荷的黑洞，可用史瓦西半徑表示：r = 2GM/c²（G為引力常數，M為質量，c為光速）。
一旦越界，光會被拉得越來越長波（紅移），直至我們永遠收不到訊號。於是，黑洞對外「不發光」，看起來就是黑的。
看得見「看不見」：吸積盤、噴流與重力透鏡
黑洞周圍卻往往非常光亮。原因是跌向黑洞的氣體與塵埃，在外圍形成吸積盤，互相摩擦、被重力加速而劇烈升溫，發出明亮的光與高能輻射；部分帶電粒子更會沿著磁場在南北兩極形成高速噴流，直衝太空。這些都是我們間接「看到」黑洞的重要線索。
更奇妙的是重力透鏡效應：強重力會彎曲光路。即使光源在黑洞後方，經過彎折後，前方的我們仍可能見到它，於是黑洞的影像常被一圈不對稱的光環包圍。這解釋了為何有些模擬或觀測影像中，吸積盤像是「前後都見到」，因為背面的光被繞彎帶到我們眼前。
近年，事件視界望遠鏡（EHT）更為巨型黑洞拍下了環狀「暗影」影像，與理論預測一致，成為黑洞存在的有力證據之一。
時空被拉扯：時間變慢與空間彎曲
廣義相對論的核心，是重力其實是時空的彎曲。靠近黑洞，空間不是「直線」的，光與物體的路徑會被偏轉；同時，時間流逝的速率也會改變——越靠近黑洞，時間走得越慢，稱為重力時間延緩。
一個常見比喻：把時空想成一塊橡皮膜，黑洞好像在膜上壓出最深的坑。鐘擺在坑底走得慢，在遠處走得較快。於是會出現這種戲劇性場景：太空船在黑洞附近繞行幾個小時，遠方的觀測者卻已經過了五十多年。這不是電影效果，而是愛因斯坦方程的嚴肅預言。
靠得太近會怎樣？潮汐力與「意粉化」
重力隨距離改變得很快，近一點拉得更厲害，遠一點拉得較弱。於是，靠近黑洞時，物體前後受力差異變得很大，產生強烈的潮汐力。這股力會把物體沿著朝向黑洞的方向拉長、把橫向擠窄——科學家直接稱之為「意粉化」（spaghettification）。
在中子星表面，原子會被壓到電子與質子結合成中子；在黑洞更深處，拉扯與壓縮更極端，物質會被拉至細得近乎一線，再被吞入事件視界之內，從此與宇宙隔絕。
奇點與證據：數學的「不舒服」，天文的「很誠實」
黑洞中心的「奇點」在數學上意味密度與曲率趨向無限，令很多方程「發脾氣」，這曾令物理學家感到不安。然而，觀測愈來愈誠實：恆星圍繞銀河中心超大質量天體（人馬座A*）的高速運動、雙黑洞合併釋放的重力波、黑洞旁強烈的X射線與伽馬射線、以至EHT的「暗影」，都指向黑洞確實存在。2020年諾貝爾物理學獎部分也肯定了這一方向的研究。
蟲洞的迷思：可能不等於可行
數學模型容許「蟲洞」這種連接宇宙不同區域、甚至不同時間的捷徑。但要令蟲洞保持敞開，往往需要「負能量密度」等非常態物質，且對擾動極度敏感，像把鉛筆尖端倒立在桌面一樣，理論上可平衡，現實中基本上立不住。因此，「數學上可能」並不等於「物理上實現」。在現階段證據與技術下，黑洞更像是一個單向的重力深井，而非穿越時空的通道。
重點整理：黑洞的物理一口氣
- 簡併壓力撐起白矮星與中子星，但當核心質量超過約3個太陽質量，已知物理無法阻止塌縮，黑洞誕生。
- 事件視界是「光也走唔甩」的邊界，其大小由r = 2GM/c²決定。
- 黑洞本身不發光，但吸積盤、噴流與重力透鏡讓我們間接看見它，EHT影像更提供直接視覺證據。
- 強重力令空間彎曲、時間變慢；靠得太近會被潮汐力「意粉化」。
- 奇點在數學上「不乾淨」，但天文觀測與重力波在不斷加強黑洞的存在證據。
結語：在極端中學懂宇宙
黑洞不是只屬科幻，而是自然法則在極端條件下的必然結果。由電子、中子到時空本身，黑洞迫使我們檢視「物質如何抵抗重力」這條根本問題；它用吸積盤的亮、事件視界的暗、時間延緩的慢與潮汐力的狠，提醒我們：宇宙可以很狂野，但也很自洽。當我們掌握了上述幾個核心概念，黑洞不再不可親近——它變成理解宇宙如何運作的一把鑰匙。
