"黑洞是时空曲率大到光都无法从其视界逃脱的天体"。黑洞无法直接观测，但可以借由间接方式得知其存在与质量，并且观测到它对其他事物的影响。借由物体被吸入之前的因高热而放出和γ射线的"边缘讯息"，可以获取黑洞存在的讯息。推测出黑洞的存在也可借由间接观测恒星或星际云气团绕行轨迹取得位置以及质量。

这样神奇的天体又是如何形成的呢？目前一般的解释是巨大质量的恒星中核燃料耗尽，无法维持自身星体的体积，爆炸后剩余质量形成一个致密的星体，而这个星体上，光速无法逃脱星体引力，造成我们看不到这个星体，也就是黑洞，简而言之就是黑洞的形成原因就是恒星爆炸。如果这样两三句就可以解释黑洞，那它早就不是宇宙中最神秘的物体了。更近一步的原因有两层，一是超新星的爆炸，二是巨大的质量。

现在我们普遍认为首先星体的质量巨大是超新星爆发的主要原因，因为这样的星体核反应迅速，内核的温度极高，强劲的引力收缩更提升了内部的温度，使得核反应不断升级，直到不再能产生核能的生成铁核的聚变反应为止。

此时内核温度已达几十亿度，原来顶住引力向内挤压的热核反应的热量所产生的向外的压力已枯竭，更要命的是，此时的高温使中微子大量产生，它一下子就带走了内部的许多热量，引力突然间就比向外的压力大得多，于是整个星体就猛然崩塌，向中心坠落的同时，大量的引力能释放出来成为热能和反弹的动能，此即超新星爆发。

其次星体的巨大质量也是黑洞形成的主要原因，这是广义相对论计算的结果，不必超新星爆发，只要质量足够大，星体的内部就终将没有任何力量可以抵挡引力，而必然形成黑洞。通俗的说恒星到了晚年，耗尽全部的核燃料，由于自身引力会发生坍缩。如果坍缩物质的质量比太阳质量大3倍，那么最终的坍缩产物就是黑洞。

这样说起来似乎有点凄美，就好比流星划过产生的陨石，仿佛黑洞是恒星终结的产物，但是我们已经要清楚，这并不是必然产物，前提条件是坍缩物质的质量比太阳质量大3倍，最终的坍缩产物才是黑洞。

问题二：五维空间真的存在吗？以人类的能力能够感知更高维度的空间吗？

影片中库珀坠落入五维空间，努力寻求与女儿的交流方式不时掀起了理科生的颅脑高潮。对于这部分内容，小编只想说已经把这么多年来我们对时空隧道，时空扭曲的视觉形象表现得淋漓尽致。

故事本身的描述，从物理上来说完全是科幻，即从一个时空向另一个时空传递信息。而且男主角自己所处的时空，按照剧中所述是第五维，而我们的时空结构是四维的。事实上电影在黑洞以及这个超时空的描述上，非常复杂。影片中用了一个词 Tesseract，中文翻译为四维超正方体。从几何的角度讲，它就是三维世界中的立方体在四维世界中的表现，就像立方体相对于正方形。男主角在陷入这个时空结构的时候，他肆意地看着自己的过去，努力找到一个可以跟过去交流的方式。

在理解五维之前，先让我们从四维开始。四维，就是加入了时间的三维。如果你也处在四维空间，你看到的人，应该是这样的：

事实上应该比这个轨迹更长，这个人的一生，都体现在这个长长的轨迹里，让我们把图中的这种形状叫做“四维轨迹图”好了。而我们在三维世界看到的这个人，就是这个长长的四维轨迹图的一个瞬间的投影而已。所以，三维就是四维中的某一个时刻，反过来，四维则是三维的集合。

事实上，这里第四个维度是把时间看为二维并将其中一维作为空间而得到的，而这与把空间看为四维有所不同。详见：从一维到四维 当然，时间空间本无实质区别，这一点会在今后的果壳周刊里讲到。

那么什么是五维？其实就是概率（也可以理解为不同的可能性），即加入了平行宇宙的四维。那么投影在四维中，也是一个四维轨迹图。那么在五维世界里，应该是什么样子的呢？ 在五维中，你会看到，同一个人，有无数个四维轨迹图（每一个轨迹图，都是他的一生，可能是成为医生，他也可能成为了总统等等。所以五维中，有无数种可能的此人的一生）叠加在一起，投影到任何一个四维空间，概率波就坍缩成为某一种特定状态，也就是他的某一种一生。这让小编不禁想起了久赋盛名的爱因斯坦的世界线理论，如果把四维看作一条世界线，那么五维则是无数条世界线的集合。在闵可夫斯基图中，物体的整个生命史可表示为一根蜿蜒的线，即世界线。世界线永远从过去走向未来(在标准闵可夫斯基图中'指向纸面上方')，而通过空间的运动则用线的左右摆动方式来表示。但这根线必须永远保持在其自身的未来光锥内，这对应着空间运动速率低于光速。在弦理论中，基本弦和环扫出世界线的二维对应物，即称为世界膜的时空径迹;于是世界膜的相互作用方式被认为决定了基本粒子。

光锥正方向的截面半径即在原点到该点经历的时间内能到达的最远距离，面积即能影响的最大区域。同理，反向区域即过去能影响到你的最远距离事件。光锥之外，我们无法对其产生任何影响，也无法受到其影响，研究时可以将其剔除。

说了这么多，小伙伴不禁要问，既然五维空间乃至更高维度的空间都存在，那么我们有能力感知这种空间结构吗？在这里小编只能遗憾的说：“不能”

人类所能感知的最高维度是四维，常态下通过感官可以感知三维，第四维通过想象也可以建立感知，但是更高维度虽然可以建立数学模型，但由于缺乏感觉器官，无法产生空间感，无法察觉其存在。如果用世界线理论，正如我们自己本身无法超越自己所处的这条世界线，那么也就不会感觉到其他世界线的存在，也就无法产生对五维的空间感。

然而理论并没有禁止我们大脑想象出高维结构，详见： 从一维到四维

问题三：虫洞真的存在吗？