專家解讀宇宙中最神秘天體——
原來你是這樣的黑洞
4月9日，在中國科學院上海天文臺，中方團隊成員在討論黑洞照片的成像原理。 新華社記者 金立旺 攝
對話嘉賓
苟利軍 中國科學院國家天文臺研究員、中國科學院大學天文學教授
朱 進 北京市科學技術研究院科學傳播中心首席科學家、北京天文館館長
黑洞真的存在嗎，它究竟長什麼樣？這個困擾了人類上百年的問題，在4月10日有了答案——經過10多年準備，世界各地8個觀測點組成的如同地球直徑大小的事件視界望遠鏡，在集齊所有觀測數據並深度分析後，得到了人類歷史上首張黑洞「正面照」。
為什麼黑洞如此神秘，這樣難被發現？這張照片的公布又意味著什麼？4月12日，記者特邀有關專家對此進行解讀。
黑洞的存在有圖有真相
記者：黑洞被公認為宇宙中最神秘的天體之一。其概念自誕生之日起便爭議不斷。黑洞究竟是什麼，它真的是黑色的嗎？
苟利軍：黑洞是愛因斯坦廣義相對論預言存在的一種密度非常大的特殊天體，它表面的引力大到任何東西都出不來。1915年，愛因斯坦廣義相對論誕生。1916年，史瓦西給出了廣義相對論的第一個嚴格解釋，他發現所有的星體都存在一個史瓦西半徑，如果星體的實際半徑比它的史瓦西半徑要小，那麼它就會變成一個黑洞。比如，太陽的史瓦西半徑是3千米。
朱進：黑洞的質量極大、引力極強，連光也無法逃逸出去，它無疑是黑色的，而且直接觀測是看不到任何東西的，這也是「黑洞」名字的由來。
記者：連光都被吞噬，人類又是如何研究黑洞的？
苟利軍：黑洞自身不發光，體積很小，而且與地球的距離非常遙遠。我研究黑洞快20年了，但包括我在內的科學家此前都沒有真的看到過黑洞。這種天體以極端的方式影響著周圍的環境，對周圍的恆星、氣體的運動產生巨大影響。科學家可測量這種作用和影響，如吸積盤、噴流現象等，間接觀測黑洞。
朱進：在此之前，無論是理論預測，還是觀測結果，都間接表明黑洞是存在的，但沒有人知道它的真正模樣。黑洞的行為、對周圍物質的影響、背後的物理學原理，比任何科幻小說都更離奇古怪和令人費解。現在公布的照片，相當於第一次直接確認了黑洞的存在。
黑洞內部奧秘無限
記者：黑洞的神秘體現在哪，這次可以看到黑洞內部的情況嗎？
苟利軍：這次我們還只能看到黑洞的「外貌」，依然看不到黑洞的內部。這裡我要介紹一個概念「視界面」。黑洞的全部質量可以認為幾乎都集中在其最中心的奇點，奇點周圍會形成一個強大的引力場，在一定範圍內，連光線都無法逃脫。這個光線都不能逃脫的臨界半徑就被稱為「視界面」，即視線所能達到的邊界。我們這次能看到的，就是這個「視界面」。
我們現在知道的是，幾乎所有星系的中心可能都有一個黑洞。黑洞還有一些非常神奇的效應，比如黑洞周圍的時間會變得很慢，這是廣義相對論當中的自然推論。時間和空間在一定程度上是等效的，所以在空間被扭曲的同時，時間也被拉長，時間被拉長以後就相當於變慢了。
此外，奇點的奇異性令人匪夷所思。理論上，三維時空會被壓縮成一維，不管進去的是什麼，在奇點處都只能成為體積為零、長度無限長的一根物質流，因此奇點使我們無從下手。慣常使用的廣義相對論在奇點失去了光彩，我們對它的了解還很不夠。
記者：黑洞的內部到底是什麼，一個人要是真的掉進黑洞裡會是什麼感受？
苟利軍：假如說是一個大質量黑洞的話，你真的接近黑洞的時候，離它近的點受到的引力要遠遠大於離它遠的點，這個引力差叫潮汐力，它會把你往兩邊拉。當這個潮汐力特別大的時候，會把物體直接拉碎。所以我們實際的物體不可能真的進到黑洞裡面，剛到那就完全解體了，人也不會有什麼感受。
經典的理論認為，掉到黑洞裡的物質都會朝著中心的奇點運動，最後聚集在那裡。隨著聚集的物質越來越多，質量也會變得越來越大，黑洞的半徑也會變得越來越大。
朱進：我們在科幻小說裡經常會看到類似假設。有人說進入黑洞以後可能會跑到另一個時空裡，比如平行宇宙；也有人說黑洞的出口是「白洞」，物質不是只進不出，可能還有一個出口，它對應的那個點是往外出的；還有人認為黑洞可以充當星際空間旅行通道，能快速到達一個非常遙遠的地方。當然，這些純粹是理論推想，從實際觀測來看沒有任何證據。
記者：都說黑洞能吞噬一切，它會威脅到地球安全嗎？
朱進：人們一提起黑洞會覺得是很可怕的事物，會把所有東西都吞噬掉。實際上從天文角度看，黑洞本身作為密度高質量大的天體，對離得很遠的其他天體只有引力影響。
所謂的吞噬一切其實只是引力效果，由於質量很大所以引力很強。但是也不一定就會「掉」進去，周圍的物體仍然會繞著黑洞轉動。
北京天文館有一個趣味展示裝置叫「逃離黑洞」，參觀者可以嘗試親手拋出「小鋼珠」，避免其落入展示臺中央的「黑洞」，以此感受黑洞周圍強大的引力場分布。如果你能控制住「小鋼珠」的速度和方向，就未必掉下去。
苟利軍：地球沒有被黑洞「吞噬」的危險。我們一般認為，質量大約為幾十甚至幾百倍太陽質量的恆星死亡後才會塌縮成黑洞。太陽不會變成黑洞，只會成為白矮星。即便將太陽替換為同等質量大小的黑洞，地球也不會有危險。因為只有和黑洞足夠近，才可能被吞噬、撕裂，而地球處於安全距離。何況距離我們最近的黑洞有三千四百多光年。
科研需要青年一代投身接力
記者：我們為什麼要研究黑洞，這對人們的生活有什麼好處嗎？
苟利軍：科學家進行研究的動力之一就是好奇。黑洞就像是神奇的黑匣子，你不想知道裡面藏著什麼嗎？而且藉助黑洞，能讓我們了解更多自然的奧秘。比如我們之前就是藉由兩個黑洞合併，才首次證實引力波的存在。在星辰大海的探索旅程中，人類還僅僅像個剛出生的嬰兒，剛剛睜開雙眼看見生活的宇宙。黑洞就如同一個宇宙給人類的一件奇妙的信物，不斷勾起科學家的好奇心，引領我們在徵途中繼續前進。
朱進：從愛因斯坦相對論到霍金輻射，再到黑洞碰撞產生引力波，物理學家們用創造性的思想和實驗方法，將黑洞的奧秘娓娓道來。科學的研究從理論提出到最後證實，需要無數科學家夜以繼日辛勤付出。如果我們真的洞悉了黑洞的奧秘，很可能會改寫人類對宇宙的認知。
記者：有觀點認為，這次照片的公布只是我們認識黑洞的小小一步。怎樣看待照片的意義？
朱進：這次能夠直接給出黑洞的照片，再次驗證了廣義相對論，並將之前理論研究的成果確定下來，是天文領域非常重要的發現。同時對公眾科普來說也是重要的機遇，科普與科研其實是相輔相成的。
苟利軍：根據之前的研究，我們知道黑洞周邊一些很壯觀的現象，比如噴流等，還知道了黑洞的質量、轉動等性質。但是，研究方法可能有誤差，不同模型得到的結果往往相差幾倍。有了真實圖片，一些懸而未決的問題，就有了解決的可能。
當黑洞以一種真實且直觀的方式展現在大眾面前，顯然能更好地激勵青年一代投身到探索宇宙未知奧秘的事業中。我小時候很少有接觸到科學的機會，現在的社會已經慢慢培養起一種科學文化的氛圍。
記者：普通天文愛好者通過什麼渠道能了解更多的黑洞知識，請推薦一下。
朱進：北京天文館今年推出的數字天象節目，其中有一個館就叫「走進黑洞」，介紹偏專業，也更深入。從下個月開始，歡迎大家來看節目。
苟利軍：此前我翻譯的一本書《黑洞之書》，側重介紹黑洞研究的歷史，對於初學者能儘快地了解黑洞領域研究的整體脈絡，對於已經有一定基礎的愛好者來說，也能從黑洞理論方面得到宏觀的收穫。(本報記者 姜永斌 中央紀委國家監委網站 劉芳源)