袁文翔

黑洞到底是什麼，也許照片只是揭開冰山一角。也許黑洞不是我們認為的一個天體，而是一種狀態。我個人認為黑洞巨大引力來源於一種時空真空的壓力，黑洞的事件視界內的狀態應該處於一種超光速狀態，或者負質量狀態，根據相對論描述，這已經屬於時空真空狀態，也就是說已經不存在我們的宇宙之內。黑洞的引力實際上是一種吸力，是一種時空的趨勢，由密度大的擴散到密度小的區域，形成一種壓迫力。這點特別像平靜水面上的漩渦，其中心點實際上密度是極低的甚至為0，那麼問題來了，吸進去的物質哪裡去了？很簡單，它們不存在了，至少不存在與我們的宇宙了，被加速到超過光速了嘛，甚至質量變成負數。那麼黑洞的質量是怎麼來的呢？我認為跟時空的特性有關係，時空的密度是一定的，應該有一個時空密度常數，來描述引力的產生和引力的大小。我們測算的黑洞質量都是正數值，應該基本和事件視界的質量一致。當兩個漩渦碰撞時候也會融合，參考龍捲風，會融合成一個威力更強的，這過程中產生的震動與擾動就是我們發現的引力波。至於為什麼會以光速傳播，空氣中振動都是以聲音的傳播速度為準，大概就是這個道理。

那麼黑洞為什麼沒掉下去，我感覺是因為在密度一致的空間內保持高速旋轉，在水面的漩渦，也沒有沉下去嘛。為什麼會穩定存在，試想下如果水下有空洞，產生漩渦會一直穩定的存在，直到水漏完，或者有擾動才會消失掉，否則一直保持高速旋轉並且穩定存在。那麼宇宙會永遠存在嗎？顯然不會。

閃光貝殼

這無疑是非常重要的，對人類有極大的意義，我們對黑洞研究非常重要，因為黑洞有能力(間接地)創造、維持和毀滅宇宙中的任何東西。創造和毀滅只是意味著轉變。

它們被認為是整個宇宙中最大、最強大、最明亮的“物體”。如果它們沒有那麼強大的引力，如果它們允許光不斷地逃逸，它們就會看起來像宇宙中最亮的星星，我們幾乎可以用肉眼在每個星系的中心看到它們。當然，光進入黑洞是無法逃逸，所以黑洞並不是最亮。

黑洞在哪？理論上認為始終是所有星系的中心！

它們包含著引力奇點。研究黑洞可能有助於理解宇宙本身是如何從引力奇點“誕生”的。因此，黑洞可能包含宇宙及其起源的最深層秘密。

所以我們要儘可能多地瞭解它們。有了這些知識，我們就能更好地理解宇宙是如何運作的。

在討論宇宙的時候，我們可能會問，“為什麼我們要關心一些人類無法觸及的東西”，但是人類還是有一種衝動，想要儘可能多地瞭解一切。

而如今，關於黑洞的第一張圖片已經被人類觀測到，從認識來，這一過程不過是一百多年，不難想象，在未來，我們人類將揭開更多關於宇宙的奧妙。

萬物未解之謎

黑洞是個吸引力無窮大的一個洞——這是在很早以前對黑洞的概念，估計也有很多小朋友或成年人依然不太清楚黑洞是個什麼東東，於是我就立刻做了測試：

領導，黑洞是什麼

領導答：黑洞就是什麼都能吸進去，連光都跑不了...

我追問“黑洞到底是什麼？

領導答：黑洞...就是...很學術的一個名詞，我也不知怎麼說

我：黑洞就是一種特殊天體

領導：黑洞怎麼是天體呢？黑洞是......

這個沒有疑問，黑洞就是一個特殊天體，它的特殊體現在其質量大的超乎一般人的想象，但是又不像其他天體那樣可見或者非常容易被觀察探測到，因為連光都難以掙脫其似乎無窮大的吸引力，所以科學家們就形象的稱為其為黑洞。

但是，黑洞到底是什麼樣的天體，估計大家看到的更多的是藝術圖片或者科幻電影裡的劇照。所以，這樣一個國際性合作科研成果也是“事件視界望遠鏡”項目的第一項重大成果——人類史上首張黑洞照片於明天（4月10日）發佈，這肯定會引起世界關注。其直接的意義就是向人類首次揭開黑洞這個特殊天體的面紗。今後科幻電影裡的黑洞形象肯定會大變模樣。

至於科學意義，一是愛因斯坦的相對論預測了黑洞的存在，那麼這個照片無疑是對愛因斯坦相對論的再次驗證，雖然愛因斯坦本身對黑洞的存在也存在質疑。二是有了黑洞實體照片，那麼今後關於黑洞各種研究肯定會進一步加快。巧婦難為無米之炊，現在給你一個實體照片，那麼敏銳的科學家們也許能因此發現更多的蛛絲馬跡而找到研究的新切入點。

柳小慶

人類對黑洞的觀察、猜測、研究，已有200多年的歷史。在第一張黑洞照片公佈之前，我們雖然堅信知道宇宙中有黑洞，有這樣一個質量巨大、引力超強、連光也無法逃逸的天體的存在，也曾有模擬圖象，但是，畢竟並沒有真正觀測到它的存在，不知道它究竟長什麼模樣。

何況，人類無法想象的是，黑洞是如何“吃”掉物質，然後又將一部分“噴射”出來的。科學家們猜測，黑洞會產生特別的陰影區，並形成環狀。光線消失在黑洞附近，波長在外面拉長，光變得更紅。這一過程，被稱作“引力紅移”。

“引力紅移”現象，早已被論證。但是在黑洞附近，物體接近事件視界時，這一現象會變得無窮大。因為只有黑洞，才是宇宙最極端的引力環境，和最佳的碰撞實驗環境，科學界將此稱為“事件視界”。科學家們猜測，黑洞位於M87星系的中心。

M87星系，是法國天文學家梅西耶於1781年發現的。於是，為了一探黑洞的究竟，世界各國的科學家通力合作，為觀察黑洞而專門設計了“事件視界望遠鏡”。這一前所未有的望遠鏡，由分佈在全球8個地方的射電望遠鏡組成，模擬口徑有地球本身那麼大。

在約定的同一時刻，這8臺位於不同地方的射電望遠鏡，同時對準科學家們猜測的黑洞位置―――M87星系的中心，大量拍照。然後，200多名科學家，花費了兩年時間，對海量的成像進行了理論分析、數據處理後，完成了震驚人類的照片。

這次公佈的照片，不但證明了黑洞確實存在，驗證了愛因斯坦的廣義相對論，也讓人類明確知道了黑洞的真實樣貌形狀，與科學家們上百年的研究推測，完全吻合。它的中心，恰為一個黑色的耀眼光環。光環中間的黑色部分，是光線被強引力所吸造成。

而那個明亮的環，正是因受黑洞吸引而高速旋轉的吸積盤。黑洞距離地球大約5500萬光年，質量是太陽的近65億倍。黑洞的周圍，有差不多13億顆恆星。這張照片，對人類解開黑洞之謎，研究宇宙演化史，都是一個里程碑似的事件。

世界真的很大

天文學家馬上就要發佈第一張黑洞照片，它將驗證廣義相對論是否正確，這是它的科學意義之一。

一些人認為這事沒啥值得大驚小怪之處，畢竟關於黑洞的圖片我們已看得太多，我們還能從這張黑洞照片中學到什麼新東西麼？嗯，我們能學到很多東西，畢竟從前的都是基於理論推理的圖片或者CG，不是真的。或許從前的推斷都錯得離譜呢，或者不夠準確呢？黑洞照片將是檢驗愛因斯坦廣義相對論是否足夠正確的關鍵考驗，因為黑洞實在是非常極端的天體。

圖示：《科學》期刊網站發佈預測中的黑洞照片模樣，預測究竟準不準就看今晚九點了！

要回答這問題，我們還是得再次重複一下。

什麼是黑洞？

首先，黑洞是一個坍縮的巨大恆星，由於其引力強大到，需要超光速才能逃逸，因此就連光也無法逃脫它們的掌握，這就是黑洞為什麼被稱為黑洞的原因。另外，按照愛因斯坦的狹義相對論，宇宙中沒有比光更快的粒子，所以一旦什麼東西進入了黑洞，那它就再也出不來了。

圖示：黑洞的誕生歷程。超大質量恆星向內坍縮，引發劇烈的爆炸形成超新星，其外層物質被炸飛，但其核心繼續坍縮，如果質量足夠大，最終就會形成黑洞，黑洞的強大引力將吸引附近的物質旋轉著墜入黑洞，在這個過程中黑洞外圍物質會釋放大量能量。

天文學家們即將發佈的黑洞照片，是被稱為射手座A的黑洞，這個黑洞正是是我們銀河系中心的“超大質量”黑洞，是銀河系維持穩定的引力源泉。

超大質量黑洞的質量通常是太陽的數百萬倍至數十億倍，並在幾乎所有星系中心都發現了它們的存在，這意味著星系的演化是圍繞著超大黑洞為核心發生的。研究超大質量黑洞，將讓我們更好地理解宇宙的大結構。

除了射手座A黑洞之外，本週天文學家們還將發佈另一個超大質量黑洞的圖像，這個黑洞不在銀河系內，它距離我們5350萬光年。

圖示：這個計算機模擬的圖像顯示了一個位於星系核心的超大質量黑洞。中心的黑色區域代表著黑洞的事件視界，一旦進入事件視界，即便是光也無法逃脫。黑洞強大引力還扭曲了它附近的空間，看起來就像一個有趣的鏡子。（NASA，ESA和D. Coe，J。Anderson和R. van der Marel（STScI））

我們會看到什麼？

顧名思義，黑洞是黑色的，所以不可能“看到”黑色的空間背景。但是黑洞事件視界附近的物體，則是可見的。 根據此前的理論預測，這張照片可能會顯示出被一圈強光環繞的黑色斑點。但是，拍攝銀河系中心黑洞是個巨大的挑戰，因為它被“籠罩在厚厚的塵埃和氣體雲中” 。

圖示：模擬圖像顯示了超大質量黑洞周圍極端環境中的湍流等離子體。（照片：亞利桑那大學。）

怎樣“拍攝”黑洞照片？

正如您所料，這不是您用智能手機就能隨便拍攝的夜空照片。圖像由專門的Event Horizon射電望遠鏡所收集的數據進行計算機推演得出。Event Horizon射電望遠鏡，是世界各地專門設計來用於觀察黑洞的系列望遠鏡。這些望遠鏡分佈在智利，夏威夷，亞利桑那，墨西哥，西班牙和南極。由此組成的陣列，相當於人類製造了一個和地球一樣大的射電望遠鏡！用這臺巨大的望遠鏡收集從黑洞附近發出的射電信號，這些信號可以穿透厚厚的塵埃和氣體雲。望遠鏡將捕捉到黑洞附近可以探測到的高能輻射。

圖示：此次黑洞照片拍攝涉及全球多個地區

黑洞與愛因斯坦的相對論

來自黑洞的圖像可以讓我們更深入地瞭解阿爾伯特愛因斯坦的廣義相對論，這是他在1915年提出的顛覆性理論，在當年引起了軒然大波，徹底改變了我們對宇宙的觀念，在廣義相對論中，時間空間和物質被緊密結合在一起。

圖示：太陽的質量扭曲了空間，行星繞太陽轉動，並非因為引力，而是因為空間被扭曲，就像籃筐上旋轉的籃球，不是因為籃筐吸引了籃球。這樣的觀念實在過於顛覆傳統。在當時很少有人相信這是真的。

這也是愛因斯坦對物理學最大的貢獻，是現今天文學家理解宇宙最重要的科學理論。注意，剛才我們說的是狹義相對論（光速不可超越），現在說的是廣義相對論，說的是引力扭曲空間。

黑洞事件視界的形狀可以進一步證明愛因斯坦的廣義相對論的正確或者對它產生新的疑問。此前天文學家們在太陽系內對廣義相對論進行了高精度驗證，證明在太陽系內廣義相對論是正確的。但它真的對太陽系外的天體還正確或足夠正確嗎？尤其是對黑洞這樣的超常規天體來說？

圖示：卡西尼-惠更斯號空間探測器，在太陽系內完成對廣義相對論高精度驗證，注意無線電波在經過太陽附近時轉彎了，轉彎的幅度可以由廣義相對論進行計算，該實驗表明在太陽系中，廣義相對論非常準確，誤差極小。但是黑洞附近呢？用廣義相對論去計算黑洞對周圍空間的扭曲還靠譜嗎？

因此，首張黑洞照片還承擔著驗證廣義相對論的科學使命。

當然，有必要提前說一下，即便照片顯示廣義相對論不能完全解釋黑洞的事件視界形狀，那也不代表廣義相對論一定錯了，更可能的情況是，對於黑洞物理學家需要對廣義相對論進行某種修正，這也將讓物理學家和天文學家更進一步地搞明白黑洞的性質。

總之，不論是驗證還是對廣義相對論產生衝擊在科學上都是好事兒。

但從搞一個大事情的人類本性出發，尤其是科學家們，我想他們大概很希望看到愛因斯坦的廣義相對論在黑洞面前出現破綻呢。

美國國家科學基金會，將在美國東部時間本週三上午9點(即北京時間今晚9點）發佈黑洞首張照片，就讓我們拭目以待吧。

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裸猿的故事

黑洞到底是什麼樣的？物理學家和天文學家都會給出不同的解釋，宇宙深處存在黑洞今天確已無可置疑。

從廣義相對論可以推斷在宇宙的廣闊空間中有大量黑洞的存在，眾多的天文觀測證據（包含引力波探測、雙星演化、類星體觀測等）確認需要有恆星質量大小的小黑洞、百萬太陽質量以上的星系中心超大質量黑洞、及質量居中（具有百個、千個、萬個太陽質量）的中等質量黑洞存在，但我們尚並不知道黑洞在現實中的真實模樣。黑洞在普通人認知中就是：會吸入所有一切，連光都逃不出來。

現如今，人類終於要公佈黑洞拍下第一張真正的照片了，它來自來自世界上8臺射電望遠鏡組成的毫米波VLBI網的成像數據。將告訴我們，黑洞就在那，它長這樣！到明天晚上，大家就可以對比是否和《星際穿越》中剛看到黑洞圖像是否一致了。

上圖：“事件視界望遠鏡”EHT項目，全球多地的8個亞毫米射電望遠鏡將同時對黑洞展開觀測

上圖：電影《星際穿越》中的黑洞，周圍的亮環是由氣體構成的吸積盤

視界面望遠鏡EHT觀測目標主要有兩個，一是我們所居住的星系——銀河系的中心黑洞Sgr A*，二是位於星系M87中的黑洞。Sgr A*黑洞的質量大約相當於400萬個太陽，M87中心黑洞的質量達到了60億個太陽質量。可見，它們都是位於星系中心的超大質量黑洞。黑洞照片的公佈，是人類在黑洞觀測史上邁出的最重要一步。一方面呼應（再次驗證和嚴格限制）愛因斯坦的廣義相對論，一方面也將回答星系形成和演化中的重要問題——黑洞活動（壯觀的噴流）是如何產生並影響星系演化的。

位於銀河系中心的Sgr A*（人馬座A*）

M87星系壯觀的噴流，來自其中心黑洞的氣體高速準直噴射

南極觀星人

首先黑洞到底長什麼樣，肯定是沒人知道，因為根本就沒人見過黑洞，那麼如果人類真的能公佈黑洞的照片，就基本意味著前人的預測和研究是正確的。

事實上黑洞的概念最早萌芽於18世紀，當時有一位叫米歇爾的人認為，當一顆恆星擁有足夠大的質量之後，光線會被巨大的引力吸引，導致我們無法看見這顆恆星。

其次法國科學家拉普拉斯也持有同樣的看法，例如在1793年的時候，拉普拉斯就說過這麼一句話。

“天上有很多看不見的天體，這些天體可能和恆星一樣大，也可能和恆星一樣的多，但由於它們太大了，導致它們發出光被它們自己的引力拉住了，所以天上最亮的恆星，往往是人類看不見的。

後來隨著時間的發展，有很多的科學家都預測過黑洞，這其中就不得不提到愛因斯坦，愛因斯坦廣義相對論向人們闡述了，物質的質量會引起宇宙空間的彎曲。

結果正是因為根據廣義相對論的方程，德國科學家施瓦茲計算出一個驚人的結果，他發現當一個物質的質量達到一個限度之後，將會在宇宙中形成一個無底洞。

這個無底洞在愛因斯坦看來，實際上非常的荒謬，愛因斯坦也太相信有這樣的天體存在，但隨著時間的推移，人們認為施瓦茲的計算結果似乎是對的，於是黑洞便開始被科學界接受。

但問題在於黑洞存在的基礎在於計算，誰也沒有親眼見過，那麼首張黑洞照片的公佈，就意味著黑洞是確實存在的，人類的研究和預測方向都是正確的，這對於人類文明的發展來說是有重大意義的……

種植恆星

人類從刀耕火種走到今天可以上天入地，創造了一個又一個奇蹟。而就在明天，人類即將再次創造一個奇蹟，公佈第一張黑洞的真實照片！

正如阿莫斯特朗說的那樣：“這是我的一小步，卻是人類的一大步”。黑洞的首長照片，可以說是人類文明的“一大步”，這是人們首次看到了黑洞真是的視界照片，極大滿足了人類的好奇心。黑洞本身並不可見，黑洞的視界是黑洞內光線剛好逃不出去的邊界。也可以說，黑洞的視界就是黑洞的外貌。而之前，所有關於黑洞的照片，都是人們自以為是的模擬圖。這次 科學家們首次聯合各地的毫米波望遠鏡，對準銀河系中心的超大質量黑洞進行視界成像，讓人們首次看到黑洞的神秘面紗。

黑洞是被相對論預言存在，但是卻從來沒有直接看到過的天體。黑洞長什麼樣，是何種形態，讓我們好奇不已。黑洞就像是懷孕肚子裡的小寶寶，大家只能夠感覺到，卻無法看到，急的我們心裡癢癢的。霍金是個代表，研究了一輩子黑洞，然而卻沒有見過黑洞，為此，他甚至懷疑自己研究的黑洞並不存在。如果霍金沒有離我們而且，他聽到這個消息，一定會喜極而泣。

所以，黑洞照片的公佈，跑去那些物理學家關係的東西，對我們大眾來說，意義就是滿足了我們對宇宙天生的好奇心，過上一把眼癮。俗話說：“朝聞道夕死可矣”，看上一眼黑洞這個宇宙最變態、最神秘的天體，我們也不枉一生了。至少，比霍金幸福多了。

所以，期待明天的黑洞照片吧~

科學探秘頻道

首張黑洞的事件視界照片公佈，有什麼意義？

北京時間2019年4月10日21：00將要公佈第一張黑洞的事件視界照片，無疑這是天文界的大事，也是科學界不小的波瀾！自LIGO發現引力波事件以來，已經有好多年沒有這種全球期待的轟動性科學進展事件了！

一、黑洞的事件視界是個嘛玩意？

黑洞是因質量極大而天體的結構無法支撐引力坍縮而成一個奇點的特殊天體，它有很多特殊的屬性：

1. 引力極大，在視界範圍內連光都無法逃逸（此為黑洞命名的由來）

2. 不具原先天體的任何特徵，此為黑洞的無毛定理

3. 極大的引力會吞噬周圍的星際物質

我們已經在銀河系中發現很多類似黑洞天體的特徵，儘管連光都無法逃逸，但我們仍然可以從它的吸積盤以及對背景光線的扭曲來發現它，前者吸積盤輻射的發現要求並不是特別高，錢德拉硬X射線望遠鏡即可發現大量的疑似黑洞天體！後則這種引力透鏡則是間接方式！

二、黑洞的事件視界是怎麼拍出來的？

上文中有說到黑洞的吸積盤，錢德拉硬X射線等，就如哈勃發現遙遠天體，看到並不難，但要看清則很難！這就是為什麼哈勃能拍攝到134億光年外的GN-Z11這個宇宙初期的嬰兒星系,卻拍不到月球上的阿波羅11號留在月面的美國國旗！因為哈勃在月面的分辨率為50M，如果要看清長度1-2M的國旗，哈勃至少需要裝備口徑60M左右的主鏡！這就是“口徑才是王道”的真正來歷！

此次成像的對象是銀心黑洞Sgr A*,質量為太陽的400萬倍，視界直徑2400萬千米，在這樣的距離上要看清這個尺寸的天體，光學望遠鏡至少需要6.88KM的口徑！很顯然我們不具備這個條件！

當然活人並沒有被尿憋死，人類以分佈在地球各處的射電望遠鏡陣列以同時工作的干涉儀模式實現了超大口徑的模擬！射電波段選擇在了1MM處能對銀心最清晰成像的毫米波段！

三、為什麼中國的FAST不參與？

中國的FAST口徑高達500M，即使觀測南天區低緯度的銀心它的有效口徑大的嚇人，但很可惜FAST並沒有參與到此次觀測中來！

1. 此次觀測的是毫米波段波長1MM的電磁波，而FAST比較擅長觀測0.3M左右的中子星射電波段，因此在波段上並不合適！

2. 此次觀測的主要選手是位於智利沙漠的阿塔卡馬大型毫米波亞毫米波陣列（ALMA），理論上這個陣列確定以後周圍的望遠鏡就確定了，基本上就在以此為中心的西半球範圍內的射電望遠鏡，各位可能會有疑問，為什麼會這樣？

因為工作在干涉模式的望遠鏡陣列最基本要求是同時觀測，而且這個同時要求極高，必須在同步原子鐘精確時間下協調工作，這些望遠鏡陣列觀測到的信號不是疊加即可，而是在模擬一個超大射電望遠鏡的不同反射扇面，這個觀測精度要求極高！

四、如此折騰有什麼意義？

此次觀測參與的望遠鏡陣列大約有9個，觀測時間倒也不久，主要是計劃的協調時間與最後的數據處理，所謂的觀測幾天處理幾年說法就是這麼來的！因為得到的數據是PB級別的，即使超級計算機，面對PB級別的數據也只能排序處理！但這意義卻是非凡的，因為人類從來都沒有真正觀測到過黑洞的事件視界，也就是黑洞的模樣，一直以來我們都在以PS圖像忽悠大家，了不起計算機模擬出來一個，但那樣的黑洞真的就是現實中的黑洞嗎？肯定是未必，因為模擬出來的條件都是我們人為設置的，條件也是極為理想化的，而黑洞所處的環境卻千差萬別，而且有多少未知因素的影響我們不得而知！但此次“事件視界望遠鏡”（EHT）計劃得以讓我們一窺黑洞的究竟，對於未來黑洞與星系的演化，以及對於黑洞更深層次的理解都有著極為重要的意義，另外還有一個好玩的事實，距離地球最近的黑洞是2800光年外的麒麟座V616！這個距離遠嗎？對於銀河系20萬光年的距離上，就是鄰居而已！所以關注與研究鄰居，特別是脾氣不太好的鄰居是很重要的！

星辰大海路上的種花家

屆時將在布魯塞爾、聖地亞哥、智利、上海、臺北以及東京同步直播。歐洲中部夏令營時間是15:00，那麼北京時間是21:00。

黑洞是愛因斯坦廣義相對論研究和預言的特殊天體，科學上已經基本確認其存在，但從未真正意義上看見過黑洞到底是什麼樣子。網上出現的大多數黑洞照片都是計算機根據數據模擬出來的。

這也是人類第一次揭開黑洞的面紗一睹其真容。

關鍵字: 狀態 時空 科學