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有一些非常美妙的事已经在天空中发生了......

有一些非常美妙的事已经在天空中发生了......

可以真正看见黑洞的望远镜

其实我们并不需要等到卫星升空,有一些非常美妙的事已经发生了。奇异点的研究史非常多变,而且对于许多伟大心灵来说,从爱因斯坦及爱丁顿、乃至于惠勒(在他回神过来之前),奇异点的想法多幺讨人厌。随着类星体、中子星、X射线源的发现,以及惠勒、索恩、泽多维奇、诺维可夫、芮斯、林登贝尔及潘若斯等人的创意接连爆发,黑洞的概念已经牢牢植入我们的意识中。在 1960及 1970年代、那个索恩称为广义相对论黄金年代的末期,黑洞已经变成真实的天体了,就和恆星与行星一样,是天文学及物理学的一部分。

我的书架上有两本在黄金年代结束时出版的教科书。 307其中一本《重力》(Gravitation)是惠勒和他两位非常优秀的门生,密斯纳和索恩合写的。全书超过一千页,厚厚的一大本,而且书皮是黑色的,就像一本可怕的电话簿。书中附有非常精美的插图,内文装载了任何你可能想知道的关于时空的知识,还收录了一份奇特的内容—惠勒在演讲及研讨会里曾说出口的惠勒名言。

另一本教科书是粒子物理的标準模型创始人之一,温伯格所写。虽然温伯格是量子物理的标竿人物之一,但他对广义相对论也颇有涉猎,他的书《重力与宇宙学》很谨慎且客观的介绍了爱因斯坦的理论。温伯格的书对于黑洞没有太多着墨。事实上,温伯格只在书中某一小节的结尾处,非常保留的提及黑洞 —照他的说法,黑洞是未来我们可以留心观测的一个现象。而这就好像,黑洞只是将广义相对论推广得有点过头之后,所得到的结果。

是的,所有的证据似乎指出,在远处及近处都有一些密实、极重的天体。你很难解释它们,除非你将它们解释成黑洞。但是说实话,没有人真的看过黑洞。直接看黑洞这件事有点弔诡,那里没有东西可以让你看,因为在施瓦氏包覆面背后的黑洞是看不到的。不过,我们看不见它,并不表示它们不值得我们一顾。事实上,有一个超级大的黑洞,就位在我们银河系的中央。它的质量是地球的一亿倍,半径则大约一千万公里。它很大,但是它也远在数万光年外的地方,这表示它在天穹中的视角只有一亿分之一度,让它看起来比针孔还小,远小于我们现有的望远镜所能解析的尺度。只有透过最优秀、最有毅力的天文学家的努力,我们才能确认真的有个黑洞在那里。

两支研究团队,一支在慕尼黑,另一支在加州,已经非常有耐心的追蹤:在接近银河系中心之处飘移的一些恆星的运动。历时十余年的光阴中,他们记录了那群一遍又一遍快速绕着圈的恆星的运动,而且他们发现,这些恆星的轨道非常弯曲,很显然是被一个超级巨大的重力所吸引。谨慎测量这些恆星的轨道之后,他们不只计算出那个区域的重力有多强,还推断出那些引力是从哪里来的。将这些观测数据结合在一起后,这两支团队就以非常高的精确度,测量出黑洞的质量,并且準确定出时空中奇异点之所在。

不仅如此,天文学家与相对论学者还一起动员起来,建构可以真正看见黑洞的望远镜。这台事件视界望远镜(Event Horizon Telescope)308的视角解析度,可达十亿分之一度,是那个黑洞在天穹中的视角的几分之一,所以它将真的可以看见施瓦氏包覆面—正如欧本海默及史耐德所说,那像是冻结在时间里的一张快照。施瓦氏包覆面会是一个黑暗的阴影,周遭是泽多维奇及诺维可夫所猜测的,会包围着黑洞、像漩涡般移动的各种物质。这个由恆星、气体及尘粒所构成的吸积盘,会因受到奇异点的重力吸引,而被撕成碎片。

累积下来的证据非常具有说服力。虽然温伯格的谨慎不无道理,但是现在已经很难找到有人主张银河系中心没有黑洞了。和银河系一样,所有其他星系也都有一个黑洞稳稳居于星系中央,就像一部质量非常巨大的引擎被恆星的漩涡环绕着。

 摘自《完美的理论》

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