黑洞在宇宙中是最神秘的存在之一。因?yàn)槠鋸?qiáng)大的引力,連光都無(wú)法逃脫,以致我們無(wú)法看見(jiàn)。
那人類是怎樣一步一步認(rèn)識(shí)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(guó)的米歇爾和法國(guó)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(wú)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(shí)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(méi)弄明白?!傲W诱f(shuō)”和“波動(dòng)說(shuō)”到底誰(shuí)對(duì),雙方拉鋸了一、二百年。
時(shí)間來(lái)到了20世紀(jì)初,這個(gè)跨世紀(jì)的爭(zhēng)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(gè)偉大的結(jié)論,還得感謝科學(xué)巨匠愛(ài)因斯坦的貢獻(xiàn)。既然光可以是粒子,是個(gè)實(shí)實(shí)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(ài)因斯坦發(fā)表了著名的廣義相對(duì)論。在廣義相對(duì)論中,提出大質(zhì)量天體會(huì)扭曲時(shí)空,而周圍的小天體會(huì)圍繞這個(gè)扭曲的時(shí)空慢慢地向大天體靠近。這就是對(duì)引力的解釋。如果這個(gè)天體的質(zhì)量足夠大,引力強(qiáng)到連每秒30萬(wàn)公里的光都無(wú)法逃逸,它就成為了黑洞。
廣義相對(duì)論的橫空出世,再一次讓學(xué)界掀起了一股研究時(shí)空的熱潮。
不到一月,卡爾·史瓦西,這位還在俄國(guó)前線戰(zhàn)壕里的德國(guó)數(shù)學(xué)天才,冒著一戰(zhàn)的炮火,計(jì)算出了廣義相對(duì)論中,引力方程的一個(gè)特殊解,這個(gè)解預(yù)示著黑洞。他還計(jì)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(wàn)有引力常數(shù),M為天體質(zhì)量,C指光速)
通過(guò)這個(gè)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(yáng)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(shí)、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(shí)中并沒(méi)有實(shí)際觀測(cè)證據(jù)。
1970年,“暗星”提出約兩百年后,終于有了觀測(cè)上的間接證據(jù)。
美國(guó)宇宙探測(cè)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(yáng)30多倍的巨大星體,但它被一個(gè)看不見(jiàn)的東西牽引著。研究后,科學(xué)家認(rèn)為那個(gè)“看不見(jiàn)的東西”就是黑洞。
我們這一代人是幸運(yùn)的,可以像孩童一樣,讓長(zhǎng)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(wèn)世。這是人類有史以來(lái)第一次“看見(jiàn)”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(shí)際觀測(cè)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(lái),普朗克射電天文研究所和麻省理工學(xué)院,用超級(jí)計(jì)算機(jī)運(yùn)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(wàn)光年,足足是太陽(yáng)的65億倍。照片中的光圈是黑洞吸積盤(pán)在“吃東西、咀嚼”時(shí),摩擦而發(fā)出的熾熱輻射。那由明亮輻射所勾勒出來(lái)的輪廓就是科學(xué)家魂?duì)繅?mèng)繞,為之奮斗了幾個(gè)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(zhǎng)存你們最輝煌的名。
(卡爾·史瓦西)
(錢德拉塞卡)
(愛(ài)因斯坦)
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