智利北部的阿塔卡馬沙漠,歐洲南方天文臺(ESO)的望遠鏡和觀測臺就建在沙漠里一個偏遠而干燥的山頂上。這里遠離城市燈光,海拔高達5100米,一年有超過350個晴天,是地面天文研究的理想地點。
一個世紀之前,愛因斯坦的廣義相對論首次預言了黑洞的存在,激發(fā)了人們的想象,很多科學概念也是在他的理論基礎上衍生的,此后,科學家在宇宙各處都探測到了黑洞,但實際上,沒有哪位天文學家真的見過黑洞。
2017年春,位于此地的ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array,阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列)與地球上另外八個望遠鏡一起,組成全球首個虛擬超級望遠鏡網絡——事件視界望遠鏡(EHT),瞄準距地球約5500萬光年的M87星系中心,試圖捕獲有史以來第一張黑洞照片。
就在三個小時前,經過長達兩年的“沖洗”,人類終于首次看到了黑洞的真面目,此前,人們從媒體上見過的那些扭曲時空的黑洞照片其實全是藝術演繹圖。
黑洞首張照片
“銀河系中心的黑洞與人類起源,以及我們已知的一切生命起源密切相關?!?/strong>與EHT合作的ALMA天文學家維奧莉特·因佩雷澤里(Violette Impellizzeri)說。
作為天文物理史上最重要的謎題之一,通過種種想象、觀測和計算,人類從未停止過嘗試接近它的真相。
猶太神秘學中,關于黑洞的詩意解讀
來自加州大學圣巴巴拉分校的宗教研究教授、卡巴拉學者艾略特·沃爾夫森(Elliot Wolfson)在猶太人的神秘學——卡巴拉思想中找到宇宙學和神秘主義之間“耐人尋味的相似性”。
沃爾夫森明白科學與靈性的差別。但他認為,兩者沒有必要一刀兩斷——考慮到神秘學對相互聯(lián)系的注重,這也許并不出人意料。他認為,神秘主義的世界觀跟當代科學高度相關,這里的當代科學不僅僅是宇宙學,還包括生態(tài)學等。
將人類引領到如此龐大景觀的愛因斯坦,也曾懷疑人生
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黑洞照片的面世,是愛因斯坦的廣義相對論在極端條件下的又一次成功驗證。截至目前為止,所有關于宇宙膨脹、引力波以及黑洞的概念都花費了科學家很長時間來發(fā)展完善,因為它們都深藏在相對論的景觀當中。
然而最初,愛因斯坦自己也花了很長時間來接受宇宙膨脹和引力波的概念,甚至不愿相信黑洞的存在,他把論證其存在的觀點斥之為“缺乏說服力”,并認為自然過程不會允許黑洞的形成。
很多作家,其中包括著名物理學家喬治·伽莫夫(George Gamow),把愛因斯坦對這些概念的抗拒說成是“失誤”,是他偉大的頭腦誤入歧途。
霍金畢生想要解決的問題:
物體落入黑洞之后,它包含的所有信息去哪兒了?
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當今基礎理論物理學中,最讓人費解的,也許要數黑洞信息悖論了。由于熱的物體會向太空散熱,黑洞的最終命運將是逐漸蒸發(fā),不復存在。但這產生了一個問題。按照量子世界的法則,信息是永不消失的。那么,一個物體落入黑洞后,該物體包含的所有信息去哪兒了?
斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)畢生致力于解決這個問題,在他去世半年后,這位已故宇宙學家的最后一篇科學論文《黑洞熵與軟毛發(fā)》在他去世后由同事整理出版。
在這論文中,霍金和同事們論證了至少部分信息或許可以被保存下來的方法。論文的合著者,劍橋大學理論物理學教授馬爾科姆·佩里稱,這并非信息悖論的最終解答,但它提供了重大解題思路。
為什么黑洞的內部永遠在增長?78歲的物理學家提出了一個可能的量子解釋
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作為一種神秘、不可見的球體,黑洞盡管從外部看保持著恒定的大小,但內部體積卻基本上是在永遠保持增長,這怎么可能呢?
78歲的斯坦福大學教授、弦理論和全息原理的先驅倫納德·薩斯坎德(Leonard Susskind)和他的研究合作者利用簡化模型,將黑洞以全息圖形式呈現(xiàn),提出黑洞體積增長是因為它們的復雜性在穩(wěn)步增長。
假如復雜性確實是黑洞內部空間體積的基礎,薩斯坎德預見,這將對我們對宇宙學的理解產生影響。
遠離親人,在世界盡頭做科研的科學家,他們孤獨嗎?
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2010年2月27日凌晨3點34分,智利中部發(fā)生8.8級地震,導致該國93%的人口供電中斷,525人死亡。但在智利阿塔卡馬沙漠ALMA的控制室內,天文學家保羅·C. 科爾特斯(Paulo C. Cortes)和其他50名左右的工作人員竟渾然不覺。直到發(fā)現(xiàn)所有的通信線路都中斷了——就連附近小村圣佩德羅的電話也打不通了——才知道出事了。
在“世界盡頭”的超凡美景中鉆研當今物理學界一些最大的難題,對一些科學家來說這樣的機會實在難以放過。但代價也是高昂的:很多人都飽受孤獨的煎熬,婚姻關系緊張,錯過孩子的成長,但他們不能一走了之。
于是,他們在社會交往與潛心鉆研這兩種互斥的生活形式之間,頻繁地來回切換,滿足著兩者的不同需求,交替體驗著喜悅與挫敗。
ALMA觀測點壯美的落日(圖片來源: theatlantic)
“我喜歡望遠鏡?!?nbsp;EHT項目負責人、美國哈佛-史密森天體物理學中心資深天文學家杜爾曼說,他經常前往世界各地的EHT站點,其中很多都位于極端環(huán)境中,比如安第斯山脈和內格拉火山。
“我們不知道會看到什么。有時候,自然是很殘酷的。你看到的也許毫無亮點。但我們并沒有寄情于一個結果——我們要看的是自然的本來面目?!?/strong>