黑洞在宇宙中是最神秘的存在之一。因為其強(qiáng)大的引力,連光都無法逃脫,以致我們無法看見。
那人類是怎樣一步一步認(rèn)識黑洞的呢?
早在18世紀(jì)80年代左右,就有兩位偉大的物理學(xué)家,英國的米歇爾和法國的拉普拉斯,他們提出宇宙中可能存在一種引力大到連光都無法逃脫的天體,他們形象地稱之為“暗星”??墒恰鞍敌恰崩碚撛诋?dāng)時并不為世人所接受。在18世紀(jì)人們甚至連光的本質(zhì)是什么都沒弄明白。“粒子說”和“波動說”到底誰對,雙方拉鋸了一、二百年。
時間來到了20世紀(jì)初,這個跨世紀(jì)的爭論最終以雙方的握手言和而落下帷幕。光既是粒子也是波,這就是波粒二象性。得出這個偉大的結(jié)論,還得感謝科學(xué)巨匠愛因斯坦的貢獻(xiàn)。既然光可以是粒子,是個實實在在的東西,它就能被吸住、吞噬。這大大地促進(jìn)了黑洞理論。
大約10年后,1916年,愛因斯坦發(fā)表了著名的廣義相對論。在廣義相對論中,提出大質(zhì)量天體會扭曲時空,而周圍的小天體會圍繞這個扭曲的時空慢慢地向大天體靠近。這就是對引力的解釋。如果這個天體的質(zhì)量足夠大,引力強(qiáng)到連每秒30萬公里的光都無法逃逸,它就成為了黑洞。
廣義相對論的橫空出世,再一次讓學(xué)界掀起了一股研究時空的熱潮。
不到一月,卡爾·史瓦西,這位還在俄國前線戰(zhàn)壕里的德國數(shù)學(xué)天才,冒著一戰(zhàn)的炮火,計算出了廣義相對論中,引力方程的一個特殊解,這個解預(yù)示著黑洞。他還計算出物體要變成黑洞的臨界半徑。并提出了明確的公式:
Rs=2GM/C^2 (G表示萬有引力常數(shù),M為天體質(zhì)量,C指光速)
通過這個公式,我們得知地球的史瓦西半徑大概是10毫米,約一枚硬幣大小。太陽的史瓦西半徑約為3公里。
在史瓦西之后,錢德拉塞卡、巴德、奧本海默、約翰·惠勒 等,一大批科學(xué)家用他們的學(xué)識、智慧不斷地豐富黑洞理論。但是自“暗星”提出到黑洞理論逐步完善,這一二百年,黑洞都只存在于科學(xué)家的演算手稿里。在現(xiàn)實中并沒有實際觀測證據(jù)。
1970年,“暗星”提出約兩百年后,終于有了觀測上的間接證據(jù)。
美國宇宙探測器發(fā)現(xiàn)天鵝座X-1的射線源異常。天鵝座X-1本應(yīng)該是太陽30多倍的巨大星體,但它被一個看不見的東西牽引著。研究后,科學(xué)家認(rèn)為那個“看不見的東西”就是黑洞。
我們這一代人是幸運的,可以像孩童一樣,讓長輩高高地托舉起,騎在大人的肩膀上,看遠(yuǎn)方遼闊而壯麗的美景。
2019年4月10日,第一張黑洞照片問世。這是人類有史以來第一次“看見”黑洞。
這張照片是事件視界望遠(yuǎn)鏡拍攝的。它不僅僅只是一架望遠(yuǎn)鏡,而是全球的射電望遠(yuǎn)鏡組成的聯(lián)盟。在實際觀測中只用了5天,但要把這些信息量巨大的抽象數(shù)據(jù)“沖洗”出來,普朗克射電天文研究所和麻省理工學(xué)院,用超級計算機(jī)運算了兩年。
在照片中,我們看到的是M87星系中心巨大的黑洞,距離地球5300萬光年,足足是太陽的65億倍。照片中的光圈是黑洞吸積盤在“吃東西、咀嚼”時,摩擦而發(fā)出的熾熱輻射。那由明亮輻射所勾勒出來的輪廓就是科學(xué)家魂牽夢繞,為之奮斗了幾個世紀(jì)的——黑洞。
感謝你們,為之奉獻(xiàn)一生的科學(xué)家。宇宙有你們最“閃耀”的星,人世間長存你們最輝煌的名。
(卡爾·史瓦西)
(錢德拉塞卡)
(愛因斯坦)