人類第一張黑洞照片的問世過程不可謂不隆重。先是幾家科學機構在網絡上發佈消息進行預熱，吸引人們的關注，隨後在4月10日這天，全世界六地（上海、臺北、布魯塞爾、聖地亞哥、東京和華盛頓）共同舉行新聞發佈會，向全世界展示這張關於黑洞的照片。
這次，我們見識到事件視界望遠（EHT）集世界之力拍攝黑洞發揮的力量。看似是十幾年的努力，但探索黑洞可以追溯到18世紀末，從愛因斯坦的廣義相對論正式開始也有100多年的歷史，這背後更是一代代科學家們的不斷求索。
史瓦西半徑
1914年，正值第一次世界大戰炮火連天之際，為了響應國家號召，41歲的卡爾·史瓦西加入德國陸軍，次年領炮兵中尉銜的時候，他可能是一戰戰場上年齡最大的中尉了。
而在參戰前，他還有另一個身份——德國科學院院士，波茨坦天體物理觀測站的站長，這在當時的德國天文學界，是享有至高聲望的職位。
△卡爾·史瓦西（1873—1916）
在戰場上，最初史瓦西被派往比利時擔任氣象站站長。隨著戰事愈演愈烈，史瓦西被調離了氣象站，派到法國去計算炮彈彈道，沒過多久，他又被派到東線戰場，從此踏上了俄國大地。
廣袤而寒冷的俄國堪稱德軍的地獄，可就在這片人間地獄中，史瓦西迎來了他學術生涯的巔峰。
1915年11月25日，愛因斯坦發表了著名的“愛因斯坦場方程”，描述了因物質和能量引起的時空彎曲。他認為，這個方程只有近似解。
△愛因斯坦場方程
在這項成果發佈僅20天之後，12月22日，愛因斯坦收到了一封帶著火藥氣息，來自俄國前線的來信。信中除了一篇論文，還有這麼一段話：
“如您所見，除了炮彈和重機槍的轟鳴聲干擾我的思緒，戰爭已經很善待我了，讓我擺脫周遭這一切，在您的思維領域上進行這樣一場漫步。”
△1915年12月22日，史瓦西在俄國戰場上寫就的論文《關於愛因斯坦理論裡引力場中的點質量》的印刷版複印件首頁。這篇8頁的論文令愛因斯坦大為震驚，隨後於1916年1月13日公開發表
愛因斯坦的回信很快就來了。
“我抱著最大的興趣閱讀了您的論文。我沒有想到，能有人以這樣簡潔的形式求出精確解。我非常喜歡您對那些對象的數學處理手法。”
隨後，史瓦西發出了第二篇論文，其中給出了“內史瓦西解”，以及計算黑洞視界半徑，也就是“史瓦西半徑”的公式。
這在物理學和天文學中都是一個非常重要的概念。根據史瓦西半徑，如果一個重力天體的半徑小於史瓦西半徑，天體將會發生坍塌。在這個半徑以下的天體，其間的時空彎曲得如此厲害，以至於其發射的所有射線，無論是來自什麼方向的，都將被吸引入這個天體的中心。
但在當時，注重實踐和觀測的史瓦西本人並不願接受。他認為，這個數學上的解根本就沒有對應的物理意義，他不相信黑洞是真實存在的。
不僅史瓦西不信，愛因斯坦本人都無法相信，為此他還寫了一篇論文，詳細計算了為什麼黑洞不可能存在。
歷史也一再證明，像黑洞這樣的全新理論，即便是科學界、科學家也需要一些時間去消化和理解。
但很遺憾，歷史沒有給史瓦西以足夠的時間去進一步理解和闡釋他揭示的到底是什麼。史瓦西在戰場上得了天皰瘡，這是一種免疫系統的疾病，沒幾個月他就去世了。
錢德拉塞卡極限
1930年7月，年僅19歲的印度小夥錢德拉賽卡登上了前往英國的輪船。他因成績優異獲得政府獎學金，已被劍橋大學錄取為研究生。長達十幾天的漫長航行中，總要乾點兒什麼吧。
於是，他計算出了著名的錢德拉賽卡極限。
我們仰望星空時，很容易認為那些閃爍的恆星是永恆存在的。事實上，恆星也是有生命週期的。一旦耗盡燃料，恆星就會失去與自身引力對抗的熱壓力而不斷收縮。根據恆星的質量，它們會有三種戲劇性的結局：白矮星、中子星和黑洞。
當時，恆星的白矮星階段被認為是一切恆星演化過程的最終階段，但
錢德拉賽卡極限證明，白矮星的質量是存在上限的，這個上限就是太陽質量的1.4倍。我們的太陽，包括銀河系中的大部分恆星最終都會成為白矮星。而如果恆星的質量超過錢德拉賽卡極限，它將繼續坍縮成一顆中子星。在劍橋的學習，讓錢德拉賽卡逐漸完善了自己的理論，在1935年的皇家天文學會的會議上，這個24歲的青年終於得到宣讀自己的論文。
如果一切順利，他會年紀輕輕就功成名就，高斯年少成名，是世界公認的數學王子，或許錢德拉該是物理王子了。但是，當他宣讀完自己的論文後，當時天體物理學界的權威、第一個用英語講述愛因斯坦相對論的愛丁頓走上講臺，當眾把他的講稿撕成兩半，宣告其理論一派胡言。聽眾頓時爆發出笑聲……
“世界就是這樣終結的，不是伴著一聲巨響，而是伴著一聲嗚咽。”多年後，錢德拉仍然記得自己當時的自言自語。
△錢德拉賽卡(1910—1995)
差不多30年後，這個後來被稱為“錢德拉塞卡極限”的發現得到了天體物理學界的公認。然後又過了20年，錢德拉獲得了諾貝爾獎。1983年，當他從瑞典國王手中接過諾貝爾獎章時，已是兩鬢斑白的垂垂老者。
回顧年輕時的挫折，錢德拉說：
“假定當時愛丁頓同意自然界有黑洞……這種結局對天文學是有益處的，但我不認為對我個人有益。”
這當然是一種謙虛謹慎的說法，終其一生，錢德拉都是如此。每天至少工作12個小時，一週7天，花費10年左右，得到了“某種見解”才肯罷休，然後他把研究結果寫成一本書，也不急躁，再潛心研究下一個課題。他穿著做工考究的西裝，板書和講稿整潔優美到可以直接印刷，始終保持著一份物理學家才能擁有的優雅與秩序的美感。
關於錢德拉還有一個有趣的故事，在20世紀40年代中後期，錢德拉每星期從葉凱士天文臺驅車數百英里到芝加哥大學為只有兩名學生的班級上課。這兩名學生就是楊振寧和李政道 ，在1957年被一起授予諾貝爾物理學獎。
黃金時代
到1939年，奧本海默和他的學生沃爾科夫提出了中子星的質量上限，一旦超過，星體就會進一步坍縮。
但是進一步坍縮會成什麼樣呢？1939年末，奧本海默和斯尼德給出了答案，他們證明了大質量的恆星會不斷坍縮到具有無限密度的一點。
但之後由於二戰爆發，許多科學家的焦點都轉移到核物理上了，與引力坍縮有關的工作被忽視多年。奧本海默就是曼哈頓計劃（研製原子彈計劃）的領導者，被譽為“原子彈之父”。
△愛因斯坦與奧本海默都是德裔猶太人，20世紀兩位最著名的物理學家
直到1960年代和1970年代，才迎來了廣義相對論和黑洞研究的黃金時代。
開篇講的史瓦西半徑只是場方程的眾多黑洞解中最簡單的一個，對於具有自轉的天體並不適應。1963年，新西蘭物理學家羅伊·克爾解決了旋轉黑洞（即克爾黑洞）的引力場和時空問題。
而“黑洞”這個詞直譯自英文“ black hole”，直到1967年才被正式命名。給黑洞命名的是美國物理學家約翰·惠勒。
惠勒也參加了曼哈頓計劃，還曾做過愛因斯坦的同事，博士後合作導師是量子力學奠基人玻兒，物理頑童費曼是他的學生。
△約翰·惠勒（1911—2008）
但惠勒一開始對黑洞持反對意見，1958年在比利時的一場會議中，他還與奧本海默對峙過。他反駁說，崩潰理論沒有能很好地解釋類似恆星中物質的命運，物質怎麼可能竟然發展到無物質呢。畢竟，物理法則怎麼可能發展到違背自己以達到“無物理”的地步呢？
但是很快，當解釋這顆崩裂行星的內部和外部的數學公式出現時，他與其他一些學者都被說服了。1967年在紐約的一次會議上，為了說服場下聽眾，他靈機一動，冒出了“黑洞”（ blackhole）這個詞，以描述這些恆星可怕而充滿戲劇性的命運。“黑洞”一詞從此由此流傳開來。
在惠勒1999年的自傳中，他寫道：
“黑洞教育我們空間可以像紙一樣被揉捏成一個無窮小的點，小到時間會像火焰一樣被熄滅，而我們之前所以為的‘神聖’不可變的物理法則也再不是那樣了。”
霍金與黑洞
我們知道霍金有一本暢銷全球的科普著作《時間簡史》，其實這本書的全名是《時間簡史：從大爆炸到黑洞》（A Brief History of Time：From the Big Bang to Black Holes），從研究黑洞出發，探索了宇宙的起源和歸宿。霍金的研究為理解黑洞和宇宙本源奠定了基礎。
1973年，霍金等人在廣義相對論的基礎上提出了黑洞無毛定理：任意被視界包裹的黑洞都可以被三個物理量完整地描述：質量、自旋和電荷，其他一切因素（“毛髮”）都在進入黑洞後消失了。
惠勒的學生貝肯斯坦提出，黑洞的視界面積正比於黑洞的熵，這個思想與當時的霍金等人“黑洞無毛”的觀點相悖，幾乎所有的黑洞物理學家都站在霍金一邊，只有惠勒支持貝肯斯坦，他給出的理由是：“這個想法足夠瘋狂了，所以它很有可能是對的。”
△以色列物理學家雅各布·貝肯斯坦（1947—2015）
1974年，霍金運用物理學的另一基石——量子理論，研究了在黑洞附近的物質的行為，他驚奇地發現黑洞具有溫度。黑洞不僅能夠吸收黑洞外的物質，同樣也能以熱輻射的方式向外“吐出”物質。這種現象被稱為
霍金輻射。霍金不僅證實了貝肯斯坦的猜測，還找到了黑洞熵的精確表達式。
霍金的革命性發現也帶來了嚴重後果，黑洞能產生輻射意味著它不斷失去質量，直至蒸發殆盡。所有落入黑洞的信息就這樣消失了？這嚴重違法了量子力學的中心法則——信息不能被摧毀。這個問題被稱為黑洞信息悖論，它揭示了廣義相對論和量子理論間的矛盾。
2004年7月，霍金承認了自己原來的“黑洞悖論”觀點是錯誤的。
2015年3月，霍金對黑洞理論進行了修改，宣稱黑洞實際上是“灰色的”。新“灰洞”理論稱，物質和能量被黑洞困住一段時間後，又會被重新釋放到宇宙中。
2016年，霍金在英國BBC廣播公司里斯講演中向大眾傳遞了他對黑洞的洞見：提出了“黑洞沒有毛嗎”，“黑洞並不像想象的那麼黑”，“黑洞上的軟毛”三個在當時看來令人匪夷所思的主題觀點，
這位傳奇物理學家曾斷言，只要能理解黑洞以及它們如何挑戰時空的本性，我們就會更接近揭開宇宙的奧秘。“EHT項目”
1978年天體物理學家和黑洞問題專家盧米涅，給出了黑洞事件視界的第一幅圖像。但這不是一張真正的照片，而是他利用自己的數學知識和相關技術以及60年代的一臺IBM 7040穿孔卡片計算機對黑洞景象進行的電腦模擬。
盧米涅是第一個，但絕非僅有的對黑洞鏡像感興趣的人。
2014年，克里斯托弗·諾蘭執導的科幻大片《星際穿越》上映。這部影片對黑洞的描述在科學上具有很高的準確性，也因此獲得廣泛讚譽。電影邀請了2017年諾貝爾物理學獎得主基普·索恩做科學顧問，其中的“卡岡圖雅”黑洞，是一個具有1億倍太陽質量的高速自轉的克爾黑洞，有著深不見底的黑色中心與立體清晰的氣體圓環。
在現實中，要直接觀測到黑洞，就必須尋求口徑更大的射電望遠鏡。
2006年，由麻省理工學院聯合了30多個研究所的科學家，組建起了一個“EHT項目”（The Event Horizon Telescope，事件視界望遠鏡）。由全球200多位科研人員共同達成的重大國際合作計劃，包括中國科學院上海天文臺在內的一些國內機構也參與了此次國際合作。
這個龐大的項目有“八隻眼睛”，分別位於美國、墨西哥、智利、法國、格陵蘭島和南極，在火山和沙漠等地球上干擾較少的一些極端環境之中。8個射電望遠鏡被聯結成了一個整體，有單鏡、也有望遠鏡陣列，協同合作，望向5500萬光年之外的黑洞。它們向選定的目標撒出一條大網，撈回海量數據，勾勒出黑洞的模樣。
△ 8個望遠鏡分佈示意圖
△ “事件視界望遠鏡”的主要觀測站，位於智利的阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列（ALMA）/Wikipedia
2017年，事件視界望遠鏡觀測到兩個超重黑洞，一個是距離地球5300萬光年的M87室女座星雲的中心黑洞，另一個是位於銀河系中心的人馬座A黑洞。
黑洞正前所未有地暴露在人類的視網膜中。
相比於銀河系中心的人馬座A*黑洞，M87星系中心黑洞周圍的氣體旋轉速度更低，亮度變化更小，黑洞的邊界顯得更為清晰，因此研究者們決定首先製作了相對更為清晰的M87星系中心黑洞的圖像。
按照EHT在2017年的原本計劃，大約在 2018 上半年“事件視界望遠鏡”就會公佈最終圖像，可直到2019年4月10日，人類才最終將這種照片“沖洗”完畢。
21點，事件視界望遠鏡正式發佈了首張黑洞照片。哈佛-史密松天體物理學中心的天體物理學家謝潑德·德勒曼（Sheperd Doeleman）向全世界宣佈：
“我們看到了我們曾經以為無法看到的東西，我們為黑洞拍了一張照片。”
因為這些黑洞都是可以根據廣義相對論推算出來的。尤其是當黑洞照片發佈後，除了驗證了與之前各路科學家的推算相似外，更加證明了廣義相對論的正確性。
黑洞照片的發佈不是一個結束，而是一個光輝的開始。它代表了人類對於宇宙的探索又邁出了關鍵而又紮實的一步。
一百多年來，自愛因斯坦的廣義相對論預言黑洞存在後，人類第一次看清黑洞。
△工作中的宇宙天才（路·格蘭特/繪，《阿爾伯特·愛因斯坦：永遠的瞬間幻覺》）
於是，生於當下的我們，有幸成為人類歷史的見證者。
在黑洞背後的一代代科學家們，
愛因斯坦、卡爾·史瓦西、錢德拉賽卡、奧本海默、羅伊·克爾、約翰·惠勒、霍金、貝肯斯坦、盧米涅、“EHT項目”……
前赴後繼，從個人到協同，不斷提出、質疑、驗證、修正。
那是——
科學理性發揮的耀眼光芒。
本文系網易新聞.網易號“各有態度”特色內容
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