按照目前的天文觀測結果來看，我們的宇宙中黑洞的半徑不太可能超過1光年。這是依據天文觀測所發現的宇宙年齡、宇宙各向同性、宇宙加速膨脹和史瓦西半徑公式計算得到的1光年黑洞質量聯合分析得到的，下面我們詳細分析一下。

半徑1光年的黑洞有多大？結果超乎你想象！

既然要知道黑洞半徑能否超過一光年，我們自然要先確定1光年的黑洞包含多大的質量，要計算黑洞質量，當然是用計算黑洞大小的史瓦西半徑公式。這是德國天文學家卡爾·史瓦西求解廣義相對論的引力場方程時得到的。

但是這條公式是根據質量計算半徑的，因此我們要對它進行一下變換，簡單的移項后得到：M=Rc^2/2G，這就是我們要的黑洞質量公式。其中M為黑洞質量，R為黑洞半徑即史瓦西半徑，c是光速常數，G是萬有引力常數。這樣我們代入題目中的1光年=365.25x24x3600x299792458=9.46x10^15米，得到黑洞質量為：3.2x10^12倍太陽質量！即3.2萬億倍太陽質量……

相比之下，包含了暗物質暈的銀河系最大質量估計為4.5×10^12。也就是說，這個黑洞要與包含暗物質暈的整個銀河系的質量相當！而包含了暗物質暈的銀河系半徑約為32.6萬光年！把半徑30萬光年的物質壓縮到1光年內，這可能嗎？雖然這并非絕對不可能，但存在諸多困難。

宇宙各向同性——宇宙早期難以產生極端質量的引力坍縮

在對宇宙微波背景輻射的測量中，科學家發現它異乎尋常的均勻，這意味著在宇宙膨脹的早期，宇宙中的能量分布是極度均勻的，否則在早期宇宙膨脹的過程中，由于過早地在部分區域產生大規模的引力坍縮，從而導致宇宙的不均勻度在膨脹中被放大。

目前有理論認為，在宇宙大爆炸早期的密度漲落可能會產生一些黑洞，這種黑洞被稱為原初黑洞。但理論上它們的質量上限為10萬倍太陽質量左右，距離3萬億還差的有點遠……

有限的宇宙年齡——宇宙誕生至今僅138.2億年

雖然把半徑30萬光年的物質壓縮到1光年內似乎是天方夜譚，但假如有足夠的時間，通過吞噬和合并，星系中心的黑洞似乎確實能吃光星系內的所有物質。甚至有理論認為，整個宇宙會在黑洞的合并中重新坍縮回奇點。

然而這些理論里，這個黑洞并合直至重新坍縮的過程無比漫長……遠超目前的宇宙年齡。

絕望的未來——宇宙正在加速膨脹

假如僅僅是由于時間不足，我自然不能說半徑1光年的黑洞無法形成。在過去，由于考慮到時間的對稱性，很多科學家都認為宇宙最終可能會重新坍縮，這樣，半徑1光年的黑洞就必然會形成。然而，在上世紀末，兩個研究小組在對遙遠星系的測量時發現，大約在70億年前，宇宙開始加速膨脹！也就是說，以現在宇宙膨脹的趨勢，宇宙將無法重新坍縮回去。遙遠的星系將慢慢遠離，直到有一天，在整個可觀測宇宙范圍內，只剩下我們一個孤獨的星系……至于在這個孤獨的星系里，在宇宙膨脹的作用下，物質能不能全部坍縮進星系中心黑洞？這可能需要對加速膨脹更多了解才能確定。這也是我在開頭只說“不太可能”而不是“不可能”的原因。

已知最大的黑洞——類星體TON 618

說了那么多，其實最重要的依據還是來自天文觀測。目前人類發現質量最大的黑洞是來自104億光年外的一個類星體TON 618，它被認為核心存在一個質量約為660億倍太陽質量的黑洞。它的半徑僅有0.02光年，距離1光年的半徑還差50倍左右。

那么是否還有更大的呢？也許能有超越TON 618的，但要達到萬億倍太陽質量以上似乎是不可能的。

來自天文觀測的限制——引力透鏡

根據廣義相對論，超大質量的黑洞將彎曲其周圍的空間，這會使它周圍的恒星和星系產生形變。1光年的黑洞將能產生較強的引力透鏡效應（類似于凸透鏡的放大效應），目前沒有觀測到這種現象。熟悉天文和物理的同學可能會想起，暗物質就是通過引力透鏡發現的，天文學家發現某些星系的光度質量（根據其光學亮度和距離計算的理論質量）遠小于其引力質量（根據引力透鏡效應計算的理論質量）。加上星系旋轉曲線異常（星系外圍轉動速度超出理論值），科學家提出了暗物質的概念來解釋這些異常現象。你可能會想，會不會這些被認為存在大量暗物質的星系里，實際上是有一個萬億級的超級黑洞？

然而這同樣是沒有觀測證據。由于超大質量天體不只是對背后的遙遠星系產生引力透鏡效應，對背后的恒星同樣會產生強引力透鏡效應，對于萬億級的黑洞，其質量已經相當于一個星系了，但它卻在兩個光年的空間內，這將會對其背后的恒星產生強引力透鏡效應，理論上這是很容易被觀測發現的，既然科學家寧愿虛構一種未知的暗物質，也不愿意解釋為中心有個超級黑洞，那就證明觀測證據并不支持這種假設。

后記

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