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我们是如何“看见”黑洞的

2020-05-14  幽幽龙仔

    黑洞在宇宙中是最神秘的存在之一。因为其强大的引力,连光都无法逃脱,以致我们无法看见。

    那人类是怎样一步一步认识黑洞的呢?

    早在18世纪80年代左右,就有两位伟大的物理学家,英国的米歇尔和法国的拉普拉斯,他们提出宇宙中可能存在一种引力大到连光都无法逃脱的天体,他们形象地称之为“暗星”。可是“暗星”理论在当时并不为世人所接受。在18世纪人们甚至连光的本质是什么都没弄明白。“粒子说”和“波动说”到底谁对,双方拉锯了一、二百年。

    时间来到了20世纪初,这个跨世纪的争论最终以双方的握手言和而落下帷幕。光既是粒子也是波,这就是波粒二象性。得出这个伟大的结论,还得感谢科学巨匠爱因斯坦的贡献。既然光可以是粒子,是个实实在在的东西,它就能被吸住、吞噬。这大大地促进了黑洞理论。

    大约10年后,1916年,爱因斯坦发表了著名的广义相对论。在广义相对论中,提出大质量天体会扭曲时空,而周围的小天体会围绕这个扭曲的时空慢慢地向大天体靠近。这就是对引力的解释。如果这个天体的质量足够大,引力强到连每秒30万公里的光都无法逃逸,它就成为了黑洞。

    广义相对论的横空出世,再一次让学界掀起了一股研究时空的热潮。

    不到一月,卡尔·史瓦西,这位还在俄国前线战壕里的德国数学天才,冒着一战的炮火,计算出了广义相对论中,引力方程的一个特殊解,这个解预示着黑洞。他还计算出物体要变成黑洞的临界半径。并提出了明确的公式:

    Rs=2GM/C^2 (G表示万有引力常数,M为天体质量,C指光速)

    通过这个公式,我们得知地球的史瓦西半径大概是10毫米,约一枚硬币大小。太阳的史瓦西半径约为3公里。

    在史瓦西之后,钱德拉塞卡、巴德、奥本海默、约翰·惠勒 等,一大批科学家用他们的学识、智慧不断地丰富黑洞理论。但是自“暗星”提出到黑洞理论逐步完善,这一二百年,黑洞都只存在于科学家的演算手稿里。在现实中并没有实际观测证据。

    1970年,“暗星”提出约两百年后,终于有了观测上的间接证据。

    美国宇宙探测器发现天鹅座X-1的射线源异常。天鹅座X-1本应该是太阳30多倍的巨大星体,但它被一个看不见的东西牵引着。研究后,科学家认为那个“看不见的东西”就是黑洞。

    我们这一代人是幸运的,可以像孩童一样,让长辈高高地托举起,骑在大人的肩膀上,看远方辽阔而壮丽的美景。

    2019年4月10日,第一张黑洞照片问世。这是人类有史以来第一次“看见”黑洞。

    这张照片是事件视界望远镜拍摄的。它不仅仅只是一架望远镜,而是全球的射电望远镜组成的联盟。在实际观测中只用了5天,但要把这些信息量巨大的抽象数据“冲洗”出来,普朗克射电天文研究所和麻省理工学院,用超级计算机运算了两年。

    在照片中,我们看到的是M87星系中心巨大的黑洞,距离地球5300万光年,足足是太阳的65亿倍。照片中的光圈是黑洞吸积盘在“吃东西、咀嚼”时,摩擦而发出的炽热辐射。那由明亮辐射所勾勒出来的轮廓就是科学家魂牵梦绕,为之奋斗了几个世纪的——黑洞。

    感谢你们,为之奉献一生的科学家。宇宙有你们最“闪耀”的星,人世间长存你们最辉煌的名。

    (卡尔·史瓦西)

    (钱德拉塞卡)

    (爱因斯坦)

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