關於黑洞最早的紀錄來自18世紀，在當時古典物理學的框架下，黑洞就是像是個不該存在的禁忌話題。就算到了近代物理開始發展的這一百多年，而黑洞的存在與理論基礎仍然充滿爭議與論戰，許多偉大的科學家都曾經栽在黑洞的手裡。（圖／博學多文）
黑洞一詞源自於…
黑洞，是現在既神秘又被大家熟知的名稱，常出現在小說及電影的科幻素材中，我們不見得知道它的科學本質，但知道它是指一種重力很大，連光都逃不出的天體。其實一開始黑洞是指一個英國人熟知的歷史事件，1756年6月孟加拉省的當地軍隊攻擊當地英國駐軍，俘虜了一百多位英國人，將其中64位關押進一個7坪大小、炎熱不透氣的牢房中，最後只有20人左右存活。這起事件引起國際議論並讓英國國內群情激憤，而後在隔年引發英國東印度公司與印度當地勢力的全面戰爭，最後全面接管印度。當時用來監禁的地方，就被稱作黑洞，無水、無陽光、森嚴的牢房進去後幾乎無法存活出來。而該歷史事件也被稱作加爾各答的黑洞（black hole of Calcutta），被收錄於英國學校的歷史課本中，但當下我們並不知道在兩百年後這個詞會以不同方式重新席捲而來。
暗星之謎：恆星重力如何造就黑洞
談到黑洞的概念，大家都會聯想到愛因斯坦，沒錯，對於現代黑洞的概念來說，愛因斯坦的廣義相對論是非常關鍵的理論，但早在牛頓傳統力學當道的年代，就有人提出這種想法了。文獻上目前找到最早的現代黑洞的概念是在18世紀被提出來的，可說是現代黑洞的第一版本。18世紀牛頓力學的應用讓天文學家覺得自己無所不能，宇宙的本質是能被解開的，科學家可以利用這套理論預測行星的位置，潮汐的變化，但有一位英國科學家米契爾（John Mitchell）卻利用這套理論做了一個當時看來很瘋狂的假設。他在研究雙星的時候發現，恆星彼此的重力會影響彼此的移動，那麼它們所發出來的光粒子（當時認為光是一種小粒子，牛頓也是光粒子論的重要奠基者）也應該會受到恆星重力的吸引才對。米契爾放任自己的想像力到達極致，所得到的結果就是當恆星大到某個程度，所有的光線都會被恆星本身的重力給拉回去。這會衍生出一個非常怪異的概念，那就是宇宙中發光能力最強的星搞不好是看不見的，這種概念當時他們稱作暗星（Dark Star）。而以米契爾為首的一些科學家還試著估計要有多大的恆星才能達到這種形態，結果發現，約在太陽直經250-500倍以上的恆星就能產生如此怪異的結果。不過隨著光波動說漸漸成為光的本質的主流學說，這個當時看起來很瘋狂的點子也自然而然被束諸高閣。
從史瓦西到現代黑洞：黑洞研究的演進
沉寂了一個多世紀之後，愛因斯坦的廣義相對論問世，在當時愛因斯坦因為先前的狹義相對論以及光電效應的創見，已經是世間知名的物理學家了。但這個1915年問世，目前物理學家認為愛因斯坦最偉大的物理成就，其實在當時卻不是那麼受人歡迎的感覺。畢竟它太匪夷所思，也不知能對應到哪些觀測或實驗上，就像是數學家的遊戲一般，有邏輯、很玄妙但不知目前的應用為何。但因為這個理論的問世也打響了黑洞擂臺的第2回合，而上場的第一位選手就是在廣義相對論問世後沒幾個月就算出廣義相對論精確解的卡爾史瓦西（Karl Schwarzschild）。現代黑洞的最初始概念，基本上都是根基於史瓦西的研究，像是黑洞的事象視界（event horizon），說明光線無法逃脫的黑洞大小範圍，而這個大小範圍我們稱為史瓦西半徑。事象視界中心是一個重力、密度無限大且體積無限小的點，我們稱為奇異點（singularity），所有的物理理論在這都不適用，這些跟現代黑洞相關的科學名詞都有卡爾史瓦西的貢獻。有趣的是一開始愛因斯坦還不相信他廣義相對論下這些複雜的方程式能夠求得精確解，但後來仔細查看了史瓦西的研究，也讓愛因斯坦不得不佩服跟承認史瓦西的研究結果。甚至還在史瓦西的研究內容基礎上做了水星近日點進動問題計算及預測光線能受到重力場偏折的現象，為廣義相對論的理論打下了堅實基礎。
因為史瓦西的研究成功幫忙詮釋了廣義相對論的內容，也使得廣義相對論解決了一些牛頓力學無法解決的問題，所以黑洞的第2回合科學論戰，雖悄然落幕，但黑洞的概念卻還是無法讓當時的天文學家接受。除了廣義相對論艱澀難懂，對於物理學家來說它就像是數學家的腦中樂園，在實證科學上很難找到相對應的例子。還有一個問題是，當時對於恆星演化的背景知識，尤其是恆星晚期至死亡的狀態，了解太少。而現在我們知道黑洞基本上是大質量恆星的產物，所以這部分理論的缺乏，也讓20世紀初期對於黑洞的概念仍舊是嗤之以鼻的。
黑洞研究的第三回合：從瘋狂假說到震撼影像
缺乏關鍵性天體以及遇到第二次世界大戰，黑洞的研究停滯不前，但到60年代後，一掃之前無人問津的狀態，黑洞研究的第三回合就此開展。因為，隨著恆星演化理論趨於完整，加上這10年間的重大發現（類星體、脈衝星），迫使物理學家不得不重拾廣義相對論去處裡這些看似瘋狂但又實際存在的天體。就如同之前愛因斯坦的理論和史瓦西的研究所顯示的，物質的重力會使其坍陷變成黑洞，黑洞從嗤之以鼻的假說躍變成為現代天文學稱道的特殊天體。而黑洞的正式名稱也是在這階段被科學界和新聞界所取用，變成如今耳熟能詳的天體名稱。經過科學史家考證得知，這黑洞的名稱是來自於60年代初期美國物理學家羅伯特狄克(Robert Dicke)，他說這奇怪的天體會吸進去東西，就如同加爾各答的黑洞一般。而後，在1967年一場演講中，大物理學家惠勒（John A. Wheeler）也正式使用這個名字直到現在。
電影星際效應中巨大的黑洞震懾人心，科學界在2019年也發表了第一個黑洞的清晰影像，更在2022年宣布拍到銀河系中央的黑洞全貌。看起來黑洞是分布在宇宙的任一地方，它的研究歷程還會有第4、第5回合持續地讓我們探索下去。
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