2019年4月10日北京时间21点,人类历史上首张黑洞照片发布了。这是一个由全球200多名科学家组成的团队,通过架设于美国、墨西哥、智利、南极等地的8组望远镜观测,并经由全球多个射电天文台的协作,历时两年时间,收集并整合出了黑洞的图像数据。
这是人类史上第一张直接拍摄的黑洞照片,为了拍摄这张照片所进行的幕后工作,将使我们收获大量奇点周围极端引力环境下的无价数据,令人类对宇宙的研究向前推进一大步。从科学意义上说,这也是继人类首次探测到黑洞引力波之后,对爱因斯坦广义相对论的又一有力验证。
首先,我们来看看什么是黑洞?根据爱因斯坦的相对论,当一颗垂死恒星崩溃,它将聚集成一点,这里将成为黑洞,吞噬邻近宇宙区域的所有光线和任何物质。黑洞黑洞是时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱的天体,也就是黑洞是时空扭曲后曲率接近无穷大一个点。
其实,黑洞真正来历,来自一个方程的真空解。1916年,德国天文学家卡尔·史瓦西通过计算得到了爱因斯坦引力场方程的一个真空解,这个解表明,如果将大量物质集中于空间一点,其周围会产生奇异的现象,即在质点周围存在一个界面——“视界”一旦进入这个界面,即使光也无法逃脱。这种“不可思议的天体”被美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒命名为“黑洞”。
物理学对于这个来自于引力场里真空解一直都存有疑虑。黑洞是如何产生的?在物理学中,普遍看法是黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程:某一个恒星在准备灭亡,核心在自身重力的作用下迅速地收缩,塌陷,发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止,被压缩成一个密实的星体,同时也压缩了内部的空间和时间。但在黑洞情况下,由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去,连中子间的排斥力也无法阻挡。中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末,剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。由于高质量而产生的引力,使得任何靠近它的物体都会被它吸进去。
大质量恒星引力坍缩形成黑洞时,其物质会坍缩为一个尺度无穷小、密度无穷大的点,叫“奇点”。奇点是空间和时间具有无限曲率的一点,空间和时间在该处完结。时此刻的时空方程中,就会出现分母无穷小的描述,因此物理定律失效。奇点是天体物理学概念,认为宇宙刚生成时的那一状态。
当处理的物体小于普朗克长度,或时间短于普朗克时间时,已知的物理学定律,包括广义相对论,看来真会失效。这意味着,在那样的尺度上,合情合理的设想将是,向奇点坍缩的物质受到量子过程的影响,有可能‘反弹’而转为向外膨胀到另一组维度中去。有人主张,大爆炸‘奇点’实际上就是这样一种反弹。
有些物理学家认为奇点是产生另一个宇宙开始,当那些产生时,物理规律又得到恢复。黑洞是连接这些平行宇宙一个结点。就相当于我们在登楼时电梯中,如果没有故意按照一些设备,无线电在电梯是被屏蔽的。正是黑洞是从一个宇宙走向另一个宇宙,因此所有物理规律在这儿,特别是另一宇宙还没有形成之前奇点,所有规律都被屏蔽掉了。直到新宇宙被重新诞生为止。
最近科学家已经发现黑洞清晰照片,因为黑洞能吸引现实宇宙一些物质(包括光子和场),如何深刻人生这个走向其他宇宙通道,虽然人类认识深刻,终究会明白物理规律在这儿被尘封原因,但是物理规律被压缩到一个点,随着新宇宙诞生,又是如何恢复的?
2019年4月12日于夷陵吾同斋