上回讲到如何判别一个大质量的致密天体是否为黑洞，而2019年4月10日由事件视界望远镜（Event Horizon Telescope）拍摄的人类第一张黑洞照片的发布，也是正式坐实了黑洞的存在。但也许会有人有疑问：既然黑洞最初只是个纸面上的概念，而且它又看不见，那科学家为什么会如此笃信黑洞是存在的呢？又是如何知道黑洞中心会有个奇怪的奇点的呢？这就得从黑洞的发现开始说了，且听我慢慢道来。
欧洲南方天文台公布的人类首张黑洞照片
1915年，爱因斯坦提出了著名的广义相对论方程，同年12月，正在一战俄国前线服役的炮兵上尉卡尔·史瓦西，给出了广义相对论方程的第一个精确解，并将这个解寄给了爱因斯坦让其帮忙发表。史瓦西解是广义相对论方程在理想情况下的一个解，该解描述了一个球对称、不自转的物体所产生的静态引力场，后人称之为史瓦西度规；在此基础上，史瓦西还提出了史瓦西半径的概念，即一颗天体发生引力塌缩时，如果其收缩到这个半径的大小，就会转化为一颗黑洞，黑洞中心会有一个密度无限大的奇点，当然黑洞这个名字不是史瓦西起的，而是美国科学家约翰·惠勒所起，这是后话，暂且不说。根据史瓦西的解，太阳的史瓦西半径大约是3千米，地球的史瓦西半径只有9毫米，也就是把太阳压缩到半径3公里时，它就会变为一颗黑洞，科学家把符合史瓦西解的黑洞称为史瓦西黑洞。史瓦西黑洞是无自旋不带电的黑洞，后来自旋不带电的克尔黑洞、自旋带电的R-N黑洞也被相继计算出来。
卡尔·史瓦西
很多人看完上面这段可能会有疑问：史瓦西计算的是一个球对称的物体的引力场，现实里哪有这么多球对称的物体呢？要是一个歪瓜裂枣的天体，在引力的作用下也会塌缩成黑洞吗？要是塌到中心的时候还是不对称的，那还有奇点吗？科学家当然也想到了这个问题，答案是肯定的：无论天体塌缩前是什么形状，只要质量够大，塌缩后总能形成黑洞，塌缩后的黑洞性质与之前它是什么天体无关，只受广义相对论的定律的支配，且这种情况下黑洞内部必然存在一个时空奇点。这就是大名鼎鼎的斯蒂芬·霍金和罗杰·彭罗斯共同提出的奇性定理，不过虽然证明了黑洞和奇点在满足黑洞形成的条件下是必然存在的，但还是带来了一些问题。
黑洞奇点的二维假想图
首先奇点是一个物理定律完全失效的时空区域，物理学家首先就不会喜欢这样一个东西，这不是砸饭碗了嘛！其次，彭罗斯还发现，天体坍缩到黑洞那个阶段时，有可能会有信息从奇点处逃离，也就是会出现裸奇点，想象一下，奇点处时空曲率无限大，如果它能影响外部，那会给我们带来什么？为了解决这个问题，彭罗斯提出了一个“宇宙监督者”的假说，以防止裸奇点的出现，那这个假说又是什么？为什么它就能防止裸奇点的出现呢?我们下回再说！
广义相对论下的地月时空
