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科学家今晚将公布史上首张黑洞照

2019-04-10 18:13:45 作者:黄子洪 来源:TechDaily 浏览次数:0 网友评论 0 | Share to

【TechDaily电子报2019年4月10日综合报导】尽管黑洞在科幻电影里出现过无数次,但人类其实从未见过黑洞真正的面貌。今天这个愿望将可现实,全球顶尖科学家今晚将公布人类史上首张黑洞照片!

人类对宇宙黑洞的探索今天将迈出开创历史的一大步。来自美国、智利、比利时、丹麦、日本、上海和台北的科学家约定在大马时间今晚9时同时召开一场多种语言记者会,发布一项“开创性成果”,舆论普遍认为届时将公开人类有史以来第一张黑洞照片。 

虽然自爱因斯坦在1915年发表广义相对论后,科学家已推测出黑洞的存在,但由于黑洞范围连光线都无法逃逸,因此过去人类一直无法直接观测,仅能以物体被吸入黑洞前,因高热而释出的紫外线和X射线,去发现和了解黑洞。

▲《星际穿越》电影里的黑洞

而美国航太总署(NASA)或科学界过往发表的黑洞“图片”,仅是以观测得到的数据绘制而成的“想像图”,而非实际黑洞的“照片”。

根据天文物理学家的理解,当质量庞大的恒星殆尽后,重力塌缩至无限小的“奇点”(singularity)便会成为黑洞,爱因斯坦提出的广义相对论认为,它的重力场极为强大,足以令任何物质、辐射和光线都无法逃逸。

当黑洞形成,其周围便会形成一个介面,这个介面被称作“事件视界”(event horizon),简单来说,它便是黑洞边界,任何物质一旦越过边界都将被黑洞捕获,也就是此次望远镜的名字。 

理论上,任何数据物质只要坠进“事件视界”内,便会彻底湮灭,但这概念却与量子力学冲突,因为根据量子力学定律,任何转化过程均可逆转,理论上应有能量或资讯可从黑洞逃逸。因此,近年科学界对“事件视界”提出了不少新观点。

 

▲艺术家模拟出的黑洞图像

美国物理学家波钦斯基(Joseph Polchinski)在2012年提出了“黑洞火墙悖论”,指出如根据量子力学定律,“事件视界”必须为高能量的“火墙”,将物质燃烧殆尽才坠进黑洞。但如果“火墙”真的存在,便违反广义相对论中的“等效原理”。因为在“等效原理”之下,引力质量和惯性质量等效,“火墙”便不应该出现,所以“火墙”存在与否,变相成为了量子力学与广义相对论的一场较量。 

为解决“黑洞火墙悖论”,英国著名物理学家霍金(Stephen Hawking)在2014年便提出“灰洞”理论,认为黑洞周围根本没有“事件视界”,因为黑洞周围的量子效应令时空变化太剧烈,因此分界并不清晰,并提出以“表观视界”(apparent horizon)为真正的黑洞边界,取代“事件视界”。

霍金相信,“表观视界”可将企图逃逸的物质和能量暂存,然后再将物质释放。但霍金认为,虽然资讯可以从黑洞逃逸,但它们会变得面目全非。 

基于黑洞的物理学特质,因此所谓为黑洞“拍照”,其实是摄下黑洞的“阴影”。这次观测的两个特大质量的黑洞,分别是距离地球2.6万光年的“人马座A*”和距离地球5,400万光年的“M87”。

根据天文学家2000年首次模拟黑洞“人马座A*”的结果,天空平面(与视线方向垂直的面)会被黑洞“表观视界”的圆环一分为二。一边是在“表观视界”圆环以内的光子,只要在“表观视界”以外就能逃离黑洞,但受到很强的引力作用,亮度较低;一边是在“表观视界”圆环以外的光子,能绕着黑洞绕转多圈,积累的亮度足够高,因此两边的亮度便会出现差异,令科学家可以拍下黑洞的“真像”。

 

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