做完《人類登月》，李水旺開始做視訊《黑洞》：
黑洞是宇宙中最神秘且迷人的天體之一，它們是大質量恆星演化後的殘骸，引力極強，連光都無法從中逃逸。儘管黑洞常被描繪成毀滅星球的 「劊子手」，但近期的科學推測表明，在特定條件下，黑洞或許能成為孕育生命的宇宙搖籃。實際上，在 「時間儘頭的文明」 係列內容中，我們曾設想黑洞可能是宇宙末期後生物生命的最後避難所。但在如今的宇宙時代，讓我們試想一顆圍繞 「黑太陽」 執行的行星 —— 這顆行星在黑洞的引力與輻射環抱中繁榮存在，在那裡，時間流逝速率異於常態，能量來源並非星光，而是源自黑洞自身極端的物理過程。這樣的星球是否真的可能存在？在事件視界永恆的陰影之下，生命又會呈現出怎樣的形態？
我們或許會問，這類行星是否普遍存在？答案令人驚訝 —— 確實可能存在。僅在我們的銀河係中，這類行星的數量就可能多達數千顆，甚至數百萬顆。
據估算，銀河係中恆星數量介於 1000 億到 4000 億顆之間。具體數量取決於我們對 「恆星」 的定義，以及如何界定銀河係的邊界。這些恆星中，絕大多數比太陽亮度更低、質量更小，因此它們的壽命也遠長於太陽。事實上，這些較小質量的恆星幾乎都尚未走到生命儘頭，也就無從成為恆星殘骸。
並非所有恆星死亡後都會形成黑洞，實際上，能形成黑洞的恆星少之又少。在銀河係中所有已死亡的恆星裡，約有 100 億顆被認為演化成了紅巨星。這些紅巨星最終會在行星狀星雲中拋射掉約一半的質量，剩餘的核心則坍縮成超高密度的白矮星。白矮星的質量通常約為其母星原始質量的一半，卻被壓縮到與地球大小相當的體積。
大多數白矮星源自質量大於太陽的恆星，因為質量較小的恆星壽命更長。因此，截至目前，隻有那些質量與太陽相近或略小的古老恆星，纔有足夠的時間完成其生命週期。與之相反，質量大到足以以超新星爆發形式終結生命的恆星，壽命則要短得多。儘管這類恆星在所有已存在的恆星中占比不足 1%，但它們的演化歸宿卻備受關注。
（
在這些超新星前身星中，壽命最長的是質量約為太陽 8 倍的恆星，它們會在 1 億年內燃儘消亡。這一壽命還不到太陽預計 100 億年壽命的 1%，也隻是當前宇宙年齡的一小部分。而像 O 型星和 B 型星這樣的大質量恆星，壽命可能僅有幾百萬年，甚至更短。
並非所有 B 型星都會發生超新星爆發，因為它們的質量最低僅略高於太陽的 2 倍。而且，隨著恆星質量的增加，超新星爆發事件的發生概率反而會逐漸降低。這類大質量恆星本身就較為罕見，即便走向死亡，多數也會形成中子星，而非黑洞。
據估算，銀河係中可能存在多達 10 億顆中子星，但實際數量或許更接近這一數字的一半。與它們的母星相比，中子星的亮度要低得多，並且會隨著時間的推移逐漸冷卻。不過，即便亮度不斷降低，作為恆星殘骸，中子星的壽命仍遠長於其母星短暫而熾熱的生命。
O 型超巨星是質量最大且最為罕見的恆星，它們最終都會以超新星爆發的形式終結，其中質量更大的 O 型超巨星死亡後，留下的可能是黑洞而非中子星。這些黑洞的存在時間會遠超其母星 —— 恆星本身或許僅能存在 100 萬年，而它們留下的黑洞殘骸，相對而言卻幾乎是永恆的，其壽命可長達 10 的 35 次方年（百萬億億億億年）。
通過吸收鄰近的恆星、氣體雲甚至其他黑洞，一些黑洞的質量會不斷增長，最終可能達到最小黑洞（質量僅為太陽幾倍）質量的數百倍、數千倍乃至數百萬倍。黑洞的壽命與其質量的三次方成正比：質量為太陽 10 倍的黑洞，壽命會是太陽質量黑洞的 1000 倍；質量為太陽 100 萬倍的黑洞，壽命則會是太陽質量黑洞的 10 的 12 次方倍（萬億億倍）。
若史蒂芬・霍金的理論正確，終有一天，這些黑洞會釋放出被稱為 「霍金輻射」 的微光。在黑洞蒸發的過程中，圍繞其存在的生命或許能依靠這種輻射存活。但這一遙遠的未來並非我們今日關注的重點。
據估算，我們的銀河係中可能存在多達 1 億個黑洞，而在可觀測宇宙中，黑洞的數量更是高達千萬億個。此外，根據一些理論，宇宙中可能存在原始黑洞 —— 這些黑洞是宇宙誕生初期（即宇宙尚處於新生階段）遺留下來的小型黑洞，數量可能頗為龐大。
有理論認為，每一個新黑洞形成時，都可能在其另一側創造出一個新的宇宙。在這個新宇宙中，或許會像我們的宇宙一樣，孕育出生命。若該理論成立，那就意味著黑洞 「宇宙毀滅者」 的名聲實在名不副實，事實上，它們或許是新宇宙的 「孵化器」，正如我們所處的宇宙可能也是這樣誕生的。
當然，在宇宙走向儘頭時，這些黑洞以及孕育它們的超新星，正是構成生命所需物質的重要來源。
中等質量黑洞（介於恆星級黑洞與超大質量黑洞之間）更為罕見，而超大質量黑洞則更為稀少。當設想行星圍繞不同型別黑洞執行的場景時，每種黑洞都有其獨特的考量因素。因此，今天我們將探討六種不同的場景：
1. 一顆普通黑洞，周圍有一顆行星圍繞其執行
2. 一顆普通黑洞，伴有一顆伴星（雙星係統），且有一顆行星圍繞該雙星係統執行
3. 一顆黑洞，伴有一顆已死亡的伴星（如白矮星或中子星）
4. 一對雙黑洞，周圍有一顆行星圍繞其中一個黑洞或兩顆黑洞執行
5. 一顆中等質量黑洞，周圍有一顆行星圍繞其執行
6. 一顆超大質量黑洞，周圍有一顆行星圍繞其執行
在每種場景下，我們都會考慮兩種可能性：一顆類地行星，以及一個生命存在於地表之下的地下世界。
試想這樣一個世界：它沐浴在黑洞散發的昏暗而詭異的光芒中，生命在此挑戰極限，文明在宇宙的極端環境邊緣艱難存續。正如我們今日所探討的，這類行星或許是宇宙中最早孕育生命的場所之一。但如果這些文明的形態不僅受環境影響，還與其自身的物理尺寸相關呢？
儘管這些 「死亡恆星」（黑洞）最廣為人知的特徵是能捕獲包括光在內的一切物質，但它們仍有可能為圍繞其執行的行星提供維持生命所需的能量條件。
你可能聽過 「事件視界」 和 「吸積盤」 這類術語。有趣的是，吸積盤是物質最終能進入黑洞的少數途徑之一 —— 儘管黑洞素有 「吞噬一切」 的名聲，但事實並非完全如此。
雖然黑洞引力極強，但由於其大部分質量集中在極小的區域內，其引力 實際上比形成它的原始恆星要弱。當物體向黑洞墜落時，會在引力作用下獲得極高的速度。然而，一位技術嫻熟的宇宙飛船駕駛員完全可以避開被黑洞捕獲的命運：通過將黑洞的引力與飛船的推進力相結合，並利用彈弓效應，駕駛員可以藉助黑洞的引力井將飛船加速到更高的速度，或從星際航行速度減速，最終穩定地進入圍繞黑洞的遙遠軌道。
關鍵在於，在黑洞周圍進行這類引力操控，效果比在宇宙中任何其他地方都要好。即便一艘宇宙飛船燃料耗儘，在向黑洞墜落的過程中，隻要及時開啟氣閘釋放少量氣體以獲得微弱推力，理論上仍能成功逃逸。我從未在任何書籍或影視劇中看到過這樣的設定，所以你完全可以借鑑這個想法並加以運用。
從這個角度來說，黑洞是安全的，至少比任何行星或恆星都要安全，而且也正因如此，黑洞具有極高的利用價值。在我們銀河係中發現的任何一個黑洞，無論其附近是否存在宜居行星，都有可能成為未來宇宙活動的重要樞紐。黑洞周邊區域將成為建造太空棲息地的絕佳選址，進而成為銀河係中最具價值的 「地產」 之一。
即便普通物質靠近黑洞，也很少會立即墜入其中。相反，大部分物質的軌道會像經過其他大質量天體一樣發生彎曲。一部分物質會通過宇宙中常見的引力作用被捕獲到軌道上。隨著時間的推移，這些物質會不斷積聚並相互碰撞，最終形成一個旋轉的吸積盤 —— 而非簡單的球形碎片雲（在球形碎片雲中，每個粒子都有各自獨特的軌道）。
吸積盤中的粒子相互碰撞時，其軌道會逐漸衰減，或與新吸入的物質軌道相交，進而慢慢向黑洞中心螺旋墜落。與行星或恆星不同（碎片落到行星或恆星表麵後便會停止運動），黑洞極小的體積意味著物質在不斷靠近它的過程中會獲得巨大的能量。在到達事件視界之前，這些物質的速度會被加速到接近光速。粒子之間的劇烈碰撞產生極強的摩擦力，使吸積盤溫度升高到極端水平，進而釋放出輻射。
這種輻射中雖包含部分可見光，但大部分屬於 X 射線。而 X 射線對生命而言遠不如可見光友好，這使得在黑洞附近行星的地下或水下存在生命的可能性更高 —— 因為這些環境能為生物體阻擋有害的 X 射線輻射。
你可能會疑惑，行星為何會出現在黑洞附近？畢竟黑洞的前身恆星死亡時會發生超新星爆發。這是一個很好的切入點，因為科幻作品往往低估了大型天體在承受劇烈爆炸時的抗損毀能力。就像一枚大型氫彈即便能造成嚴重破壞，也無法將一座城市夷為平地、留下巨大彈坑一樣，超新星爆發通常也無法摧毀較大的行星。
超新星爆發可能會剝離行星的大氣層、水分以及大部分地殼，但對於遙遠的氣態巨行星來說，其核心很可能得以保留。當然，非科技文明無法在這樣的爆炸中存活，但在這類恆星係統中，原本就不太可能存在生命。以 O 型星為例，它們的壽命太短，不足以讓行星形成並冷卻 ——O 型星的壽命通常隻有幾百萬年，而可能形成黑洞的 O 型星，其壽命往往還處於這個範圍的下限。
即便有生命能在圍繞這類恆星（亮度可能高達太陽的 100 萬倍）的行星上形成，當恆星演化到紅巨星階段時，這些生命也會被徹底摧毀。因此，在黑洞附近，原本就不存在在當地誕生的行星。
但行星是可以遷移的。這顆失去大氣層和地殼的氣態巨行星核心，或是一顆流浪行星，完全有可能進入圍繞黑洞的穩定軌道。此外，行星也可能由黑洞周圍殘留的碎片形成。更不用說，某個先進文明或許會來到這裡，建造一顆行星 —— 無論是改造後的岩石行星，還是更典型的太空棲息地，比如多個連線在一起的 「奧尼爾圓筒」（一種太空殖民站設計）。
那麼，黑洞周圍的宜居帶範圍有多大呢？首先需要說明的是，「宜居帶」 這個術語在黑洞場景下的含義略有誤導性。通常，宜居帶指的是類地行星能夠維持表麵液態水和大氣層的區域。
然而，正在吸積物質的黑洞主要釋放 X 射線，而非可見光 —— 這對於我們所知的生命形式而言並非理想環境。儘管如此，足夠厚的大氣層仍能保護地表生命，水也能吸收 X 射線並將其轉化為熱量。此外，X 射線使水離子化時，還會產生自由電子和羥基自由基，這或許能為生命提供替代常規光合作用的生化能量來源。這是一個有趣的觀點，我們之後可能會深入探討。
在這樣的環境中，大氣層仍有可能存在。X 射線與氧氣、氮氣相互作用，會產生臭氧、一氧化氮等化合物 —— 這與地球上閃電產生的副產物類似。因為閃電會向地球大氣層釋放 X 射線，這些 X 射線隨後會被吸收並重新以可見光的形式釋放。因此，在黑洞周圍的環境中，也可能產生可見的光暈。
同樣可以想像，如果生命在陸地上演化，它們可能會發展出保護性的適應特徵，比如厚實的身體組織或富含金屬的外殼，以抵禦 X 射線。實際上，這些生物體或許還能吸收 X 射線，並將其以磷光的形式重新釋放。