重磅!人類首張黑洞照片公布!其實5年前就被這位大神預言中了

2021-01-20 北美留學生日報


曾經無數次被《星際穿越》裡

壯觀的黑洞震撼的我

終於等到了黑洞真實的照片



今晚,幾乎所有人都在討論「人類首張黑洞照片」


北京時間今晚21:00,比利時布魯塞爾、智利聖地牙哥、中國上海和臺北、日本東京以及美國華盛頓,全球六地同時發布,足以證明這張照片的分量。


事實上,這極有可能是今年最重要的科學發現之一。


經過一天的等待,這張萬眾期待的照片終於在全人類的矚目下緩緩來遲。



這就是人類首張黑洞的照片:




這張照片是一張來自M87星系的黑洞的照片



幾個世紀前,人們就察覺到了黑洞的存在。


直到今天,人類才首次拍攝到了黑洞的照片,對於黑洞的探索,人類從未停止努力。


但關於黑洞的一系列最基本的問題,許多吃瓜群眾卻仍然是一知半解。


 黑洞到底是什麼? 


 這張全球首張黑洞照片,意味著什麼? 


 人類的宇宙探索,是否會因此向前邁進一大步?


這些疑惑,中國科學院國家天文臺研究員苟利軍在一個簡短的視頻中給出了答案。



在短短一分多鐘的視頻中,苟利軍回答了一系列關於黑洞的問題,解答了無數網友們的疑惑。


其中,最致命也是網友們最關心的問題便是:


「黑洞到底是什麼?」



苟利軍給出了簡明扼要又十分清晰的回答:


「簡單來說,黑洞就是一個黑色,連光都逃脫不出來的球體。」



在新華社的報導中,則給出了更為詳細的定義:


黑洞是一種質量極大的天體,具有非常強的引力,在它周圍的一定區域內,連光也無法逃逸出去,這個邊界稱為「事件視界」。


那麼,「黑洞到底有多大?」



「黑洞的大小完全取決於它的質量。」


「一般情況下,我們用一個史瓦西半徑來描述。」

(史瓦西半徑是任何具有質量的物質都存在的一個臨界半徑特徵值。天文學家、物理學家卡爾·史瓦西首次發現了史瓦西半徑的存在,這個半徑是一個球狀對稱、不自轉的物體的重力場的精確解。)



一個太陽的史瓦西半徑是3公裡,那麼直徑則為6公裡。


100萬個太陽質量,就是100萬再乘以6公裡,所以是600萬公裡。



而更為直接的問題,則是「拍到黑洞照片意味著什麼?」



「這張照片,第一次直接的幫助我們確認了黑洞的存在。」


在此之前,雖然人類通過各種方法間接的確認了黑洞的存在,但都不是最直接的方式。


這張照片,則妥妥的證明了:黑洞確確實實是存在的。



而被問到「為什麼這次衝洗照片這麼久?」時,苟利軍給出了兩個方面的回答,一方面是因為數據量非常大,涉及到了全球八個不同地方的望遠鏡;



另一個則是因為,在數據處理的過程當中,有很多技術上的難點,導致處理的時間非常長。



「這個發現將對人類帶來什麼樣的影響?」



「如果我們能通過照片看到黑洞周圍的狀況,有助於幫我們解決最基礎的一些問題。」


苟利軍的幾句回答,簡單粗暴的給吃瓜群眾們普及了常識,讓人忍不住想喊一句:


在上海,人類首張黑洞照片以及這一項重大成果,由「事件視界望遠鏡」EHT項目和中國科學院共同發布。


「事件視界望遠鏡」項目由全球多個國家和地區的科研人員組成,他們利用分布在世界各地的射電望遠鏡,組成一臺巨大的虛擬望遠鏡,其口徑相當於地球直徑。


圖文無關


該項目此前宣布,用這一虛擬望遠鏡「拍照」的重點對象是兩個黑洞,一個是位於銀河系中心的「人馬座A*」,另一個位於代號為M87的超巨橢圓星系中心。


理論上,黑洞是愛因斯坦廣義相對論預言存在的一種天體,它具有的超強引力使得光也無法逃脫它的勢力範圍,該勢力範圍稱作黑洞的半徑或稱作事件視界。


此前,天文學家都是通過各種間接的證據來表明黑洞的存在,而EHT項目則是通過這個擁有地球直徑的「虛擬望遠鏡」直接觀測到了黑洞邊緣的圖像。


專家強調:人類首張黑洞照片的問世,將對研究黑洞具有重要意義。


圖文無關


在人類首張黑洞照片拍攝計劃之初,苟利軍和其他研究者合作寫過一篇文章。


文中曾提到:


無論我們最終得到的黑洞圖像是什麼樣子——像電影畫面一般壯觀恢弘,或者只有幾個模糊的像素點——視界面望遠鏡都意義非凡,這是我們在黑洞觀測史上邁出的重要一步。


觀測結果不僅僅是一張照片那麼簡單,它一方面呼應著愛因斯坦的廣義相對論,一方面也將幫助我們回答星系中的壯觀噴流是如何產生並影響星系演化的。


我們將成為有史以來第一批「看見」黑洞的人類,真是好運氣!


如今照片就在我們眼前,黑洞的神秘面紗已被掀開。


作為人類歷史上首批看到黑洞真正面貌的人,我們感到無比驕傲!



人類歷史上,對黑洞的探索已經長達幾百年之久。


兩個世紀以前,英法兩國的科學家就曾提出:


一個質量足夠大但體積足夠小的恆星會產生強大的引力,以致連光線都不能從其表面逃走,因此這顆星是完全「黑」的。


但這一研究,當時並沒有得到重視。


一個世紀之後,1915年,愛因斯坦發表廣義相對論。



次年,德國天文學家卡爾·史瓦西(Karl Schwarzschild)通過計算得到了愛因斯坦引力場方程的一個真空解。這個解表明:


如果將大量物質集中於空間一點,其周圍會產生奇異的現象,即在質點周圍存在一個界面——「視界」一旦進入這個界面,即使光也無法逃脫。


這種「不可思議的天體」被美國物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒(John Archibald Wheeler)命名為「黑洞」。




關於黑洞的真實面貌,地球上的研究人員們一直有著諸多猜測,但其實這個黑洞的真實樣子,在很早之前就曾被一位大神形象地預測了:



在人類所有對黑洞外觀的預言中,被公認最形象的,是電影《星際穿越》中的那個卡岡圖雅黑洞的樣子。


電影中的黑洞真的美得讓人窒息:



而這麼形象的黑洞的模型,則是由一位赫赫有名的諾貝爾獎得主描繪出來的。


他就是2017年諾貝爾物理學獎得主 基普 · 索恩



基普索恩不僅為《星際穿越》提供了一個可視化的黑洞的模型,還親手動筆在劇中的黑板上寫下那一整整黑板的公式:


   索恩:「對,這一黑板都是我親手寫的,是真的公式!不是編出來的!」



這一黑板的板書都是真的公式,是關於黑洞模型和引力計算的各種公式。


任何一位這個領域的學生都能看個大概。



從事引力波和黑洞研究一輩子的基普索恩,與去年去世的霍金為人類探索宇宙的事業推動了一大步。



而索恩的更厲害之處,在於他的實踐動手能力,


與僅研究理論的其他理論物理學家不同,索恩更喜歡能用實驗來驗證宇宙的公理。


其中一條重要的成就成功觀測「愛因斯坦的廣義相對論」中預言的【引力波】。



引力波在空間中傳播的示意圖


他與另外兩名科學家,歷經數年建成了著名的LIGO引力波探測裝置,終於在2016年等來了人類第一次成功探測到的引力波事件。


後來又在2017年和2018年成功探測到引力波事件。


至此,愛因斯坦廣義相對論的再次被驗證。


而基普索恩和另外兩名科學家一戰封神,拿下了2017年的諾貝爾物理學獎。



而且很巧的是,基普索恩在今年暑期8月份的時候,會在加州理工舉辦一次關於宇宙空間及物理學領域的科研探索營,並開放給中國的高中生和大學生報名。


屆時不少同學可以直接問他關於黑洞的真實照片有什麼想法。



揭秘《星際穿越》背後的科學奧秘

探索如何驗證愛因斯坦廣義相對論

跟諾獎得主探索宇宙與人類的未來



【適合方向】天文、物理、太空科學

【項目地點】美國 · 洛杉磯· 加州理工大學

【適合人群】高中生、大學生、研究生

【項目時間】2019年8月19日 - 8月27日

【招生人數上限】15名



【項目收穫】

與引力波發現者、齊名霍金的物理學泰鬥、諾貝爾獎獲得者,基普·S·索恩一同探索科學;

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黑洞理論自問世以來,就一直被普通人視為神秘的象徵,在科幻電影中也頻頻出現。


現在看來,《星際穿越》裡的那個美麗的黑洞可能就真是黑洞真實的樣子了。


它的中心一片漆黑,深不見底,而周圍卻環繞著一圈明亮的氣體圓環。


基普·索恩為影片專門設計的黑洞形象,也許這也是一直以來,人們想像中黑洞的樣子。


《星際穿越》中的黑洞 圖源:豆瓣電影


如今,關於黑洞模樣的謎題,已經得到了解答。


在科學技術的作用下,我們已經見到了真實的黑洞。


以後,人們再看科幻電影,也許不用再去想像黑洞的樣子了。


說不定有一天,科幻片中的場景真的能實現,人們能從黑洞中,尋找到進入平行宇宙的通道。


日報君相信,在全世界科學家們的共同努力下,人類對黑洞的認知、對宇宙的探索將會更加深邃。


讓我們一起期待吧!


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