人类首张黑洞照片正式发布，有哪些重要意义？ 第1页

100 年前的 1919 年，爱丁顿远征西非观测日全食，验证了爱因斯坦的预言：质量确实可以令时空弯曲。

52 年前的 1967 年，惠勒第一次提出「黑洞」一词，用以指称一种只在理论上存在的，极端致密、令时空无限弯曲的天体。

2019 年 4 月 10 日，我们终于亲眼目睹黑洞存在的直接证据：横跨地球直径的 8 台望远镜强强联手，组成史诗般的「视界面望远镜」，奉上了人类的第一张黑洞照片——

一个世纪的求索，我们终于等到了今天。

轻舟既过万重山，犹忆往昔峥嵘岁月稠。

——现在请让我们一同回顾，这张必将载入史册的珍贵影像，经历了怎样漫长的百年酝酿。

目录：
一、爱因斯坦叕对了
二、黑洞真的存在吗
三、给黑洞画张素描
四、给黑洞拍张照片
五、意中意外视界面

爱因斯坦叕对了

1915 年，爱因斯坦用他天才的物理直觉，提出广义相对论，颠覆了人类对时空本质的认知。

我们可以借惠勒之言概括广义相对论的精髓：「时空决定物质如何运动，物质决定时空如何弯曲。」

宇宙万物，原本被认为只是广袤时空舞台上的演员，在广相的世界里，却成为舞台本身的建构师。

广义相对论给出很多重要的预言，其中很多在刚问世时，都显得过分光怪陆离，让人不敢相信。

然而 100 年来，这些预言逐一获得实验和观测的证实，让爱氏取得物理学史中至高无上的地位：

广义相对论预言，大质量天体会让周围的时空发生显著弯曲，背景星光行经此处，会随着时空的弯曲而被偏折。

1919 年，英国天文学家亚瑟·爱丁顿和同事，分别率领一支远征队赶赴巴西和西非，利用日全食的宝贵时机，测量太阳附近恒星的位置——对比星图，他们发现这些恒星的位置似乎稍微远离了日面，而且远离的幅度符合广义相对论的预言。

这是爱因斯坦提出广义相对论之后，第一个专门为验证广相预言而实施的重要观测。结果一出，立刻让爱因斯坦名声大噪。

当天体质量更大、弯曲星光的效应更明显，中间的大质量天体就仿佛一个汇聚光线的凸透镜，让背景光源呈现扭曲、放大的多个虚像。广义相对论预言的这种现象，被称为「引力透镜」效应。

而引力透镜成像在宇宙中已经被广泛发现：

1974 年，美国天文学家拉塞尔·赫尔斯和约瑟夫·泰勒，使用当时世界上最大的单口径射电望远镜，位于美国波多黎各的 305 米阿雷西博望远镜，发现了一颗位于双星中的毫秒脉冲星。

广义相对论预言，两个天体相互绕转时，会由于搅动时空、发出引力波而损失轨道能量，让两颗星之间的距离趋于衰减。

两位天文学家发现，这颗脉冲星的脉冲到达时间系统性地逐步偏移，而这种偏移刚好符合广义相对论预言中，双体系统因发出引力波而产生轨道衰减的情况。

这是对广义相对论的一次严格检验。

赫尔斯、泰勒二人凭借这一发现获得了 1993 年诺贝尔物理学奖。

2015 年，美国激光干涉引力波天文台（LIGO）更是第一次直接探测到双黑洞并合事件产生的引力波：

促成这一发现的几位物理学家几乎立即斩获了 2017 年诺贝尔物理学奖。

更不用说，我们每个人手中应用着卫星定位系统的电子设备，全都受益于广义相对论：如果不对地球引力及卫星运动的相对论效应进行改正，卫星定位系统将完全无法给出正确位置。

祝贺你，已经多次成功参与广义相对论的实验检验。

对广相检验历史有兴趣的读者，

可以参考文末给出的 Tests of General Relativity: A Review 这篇文章。

黑洞真的存在吗

1916 年，广义相对论提出仅仅一年之后。

一个名叫卡尔·史瓦西的德国天文学家，在第一次世界大战的前线战地医院卧病时，写下一篇探索广义相对论的论文。

他给出广义相对论中描述时空性质的「爱因斯坦场方程」的第一个精确解。根据这个解，对于任何物体，都有一个与其质量相对应的半径，如果将其全部质量压缩到这个半径内，这些物质就将无止尽的向中心掉落，形成一个时空极端弯曲的奇点。

这个半径，后来被称作「史瓦西半径」。任何物质，包括光，都无法从史瓦西半径内逃出。

如果这个极端不可思议的预言也能得到证明，无疑将会是广义相对论的又一座丰碑。

但一开始，天文学家不相信自然界可以产生那么致密的天体。

1931 年，印度裔天文学家钱德拉塞卡指出，小恒星演化的遗骸、靠电子简并压维持存在的致密天体白矮星，一旦质量超过 1.4 倍太阳质量，就无法继续依靠电子简并压而维持存在，势必继续坍缩为中子星。

1939 年，美国理论物理学家奥本海默等人又指出，当中子星的质量超过某一极限（根据 LIGO 引力波观测的结果，这个极限目前被认为是 2.17 倍太阳质量），就连中子简并压也无法维持中子星的存在，超重的中子星也必然继续坍缩下去——而且似乎没有什么力量可以再阻挡这种坍缩。

看来宇宙似乎有办法把物质压进史瓦西半径以内。

但「奇点」这个让物理学失效的地方，却让一些理论物理学家寝食难安。惠勒一度质疑，形成奇点之后，原先的物质为何可以变成一个无物质的几何点。

随着理论研究的深入，物理学界逐渐廓清疑虑、建立了对这种极端天体各项性质的共识，它也于 1967 年被惠勒正式命名为「黑洞」；但来自一些非主流科学家的异议也始终存在，他们不断试图用黑洞之外的理论描述致密天体的结局。

随着一系列简介天文观测证据的出现，黑洞学说的事实基础逐渐坚实起来：

1972 年，美国天文学家使用探空火箭搭载的 X 射线探测器，发现了位于天鹅座的一个强 X 射线源，天鹅座 X-1。

黑洞成为解释宇宙中强 X 射线源形成机制的一把钥匙：

如果黑洞这样的致密天体位于一对密近双星中，它将掠食伴星的物质。来自伴星的物质在掉进黑洞的过程中，会形成一个旋进下落的「吸积盘」。由于物质在吸积盘的不同半径处公转速度不同，相邻物质团块之间会产生剧烈摩擦，使吸积盘达到极高的温度，从而释放出强烈的 X 射线。

由于磁场的作用，一部分吸积盘上的物质会被从垂直于吸积盘的方向上向两侧喷出。

黑洞的极端致密，让吸积盘物质掉落进黑洞之前，有机会把自身引力势能的很大比例转化成其他形式的能量释放出来：核聚变的质能利用率只有 1% 左右，而黑洞吸积盘释放出的引力势能折合成质量，则相当于掉落物质总质量的 30% 多。这既是吸积盘上极高温度的成因，也让吸积盘喷流得以加速到接近光速。

因此除了 X 射线双星，很多迸发出近光速喷流的星系中心，也被认为寄居有超大质量黑洞。

例如室女座星系团中心的大质量椭圆星系 M87：

在这张图上，我们只能看到一侧的喷流，是因为以接近光速喷出的喷流具有强烈的相对论性多普勒集束效应——朝向我们而来的物质显得明显更亮，背离我们而去的物质显得极为暗淡。

再比如，有人连续跟踪银河系中心恒星运动十多年，从其轨道计算出，中心天体拥有巨大的质量并且限制在非常小的尺度内，结论同样指向超大质量黑洞。以下是使用真实测量数据制作，并包含未来十几年预测的模拟动画：

但上面这些，归根结底只是间接证据。

LIGO 发现双黑洞并合产生的引力波，可以视为黑洞确实存在的一个准直接证据——但毕竟我们只是「听」到了黑洞并合的时空涟漪——不亲眼「看」见，总还是不太踏实。

由于黑洞吸积盘能够释放出强大的辐射，星系中央大质量黑洞的存在与否还对星系演化有着极为关键的影响，可以说当代天文学对星系演化的理解，严重依赖于确实存在星系中心超大质量黑洞这个假设。

如果最终居然证实没有黑洞的话，现在的天文教科书就要全部重写了。

7感谢 @白眼图图 指出链接有问题，现在已经更新了，中国的是在新华网。

是这个吗

补充一点，

黑洞的照片在我看来和这个图没什么太大的区别（当然这是以光为成像来源）

如果以其他为来源，如辐射等，则拍下来有可能和微波背景辐射有所相同。

我又来补充了

【明晚即将公布人类首张黑洞照片】全球六地（上海、台北、布鲁塞尔、华盛顿、东京、圣地亚哥）同步直播！1直播平台新华网，可直接打开，无需翻墙。2~5直播平台YouTube，6直播平台niconico，需翻墙。圣地亚哥直播链接未知。

除台北外开始时间均为北京时间2019年4月10日晚9点（台北开始时间北京时间2019年4月10日晚8点半）。

1、上海（汉语）:http://www.xinhuanet.com/politics/ksh/zhibo/201904/3731328_m.html?type=mobile

2、台北（汉语）:https://m.youtube.com/watch?v=_GsTBTenBZY

3、布鲁塞尔（英语）https://m.youtube.com/watch?v=Dr20f19czeE

4、华盛顿（英语）:https://m.youtube.com/c/VideosatNSF/live

5、东京（日语）:https://m.youtube.com/watch?v=_QBQMT5vrJo

6、东京（日语）https://sp.live.nicovideo.jp/watch/lv319442680

欧洲南方天文台这两天在其Twitter接连发出了两条似乎是与发布会相关的信息，起初的推上只有一堆用标点符号隔开的黑色方块和一张似乎全黑的图，第二条给出了一点提示（图1和图2），真会吊胃口[em]e263[/em]看图2很像光谱图。后面应该还会有第三张和第四张，估计到最后一张，答案就揭晓了。热衷猜谜的各位不妨来猜猜看[em]e268[/em]（提示:一个方块代表一个英语字母）

新补充内容来自与复制粘贴，但不清楚是谁写的，如果侵权，立删。

我回来补充了，本篇纯属帮助大家观看，大家欢乐一下，现在我正在看直播，之后我会分享一下我的感受。也希望有想法的小伙计跟我聊一会，来一个思想碰撞的火花。

1 计划早就有，数据太大，没办法网络传输，是一块块硬盘搬运才搞定的。

观测技术没问题，等大容量硬盘技术等挺久，看来一切技术进步都是所有层面齐头并进的结果。

想起一个段子航天飞机的宽度是千年前马屁股并排决定的。

2 南极那里，一年进两拨人，一次观测，一次把数据带走。想想挺浪漫的。

3 跟前两次新视野号冥王星，引力波类似，都引起了朋友圈广泛关注。我觉得是好事，最表浅的关注也胜过全然无视。

4 我之前有个小说创意，一直懒得写。

数十亿年之后，恒星逐渐衰老，宇宙间散落的文明全都在为黑洞殊死搏杀。

那是仅存的长期的能量来源。

两个神级文明在一个星系核心超大质量超大角动量的黑洞附近决战，谁赢了这场战争，谁就能在 视界边缘安放文明的堡垒，在无穷时间中苟延残喘。打来打去，两队创世大神都觉得很懊丧，争夺缓慢死亡意义何在呢？

5 给黑洞拍照并不是最紧迫是事情，更像是炫技或者验证一下这么干行不行。几个望远镜的档期排得比总统还满，有太多太多科学家所指的方向亟待观测。

验证科学家们的好奇，有时候也可比作人类文明耗费最巨大的桌游，大刘《朝闻道》里面已经很直白地讲了。

如何在最前沿科学和普罗大众的需求上找到均衡，好像随着互联网传媒的发达和大众欣赏水平的提高，好像慢慢可以兼得了。

如果老百姓真的喜欢看烧红蜂窝煤，每个人少喝几杯奶茶，再捐些望远镜吧。拍个黑洞.gif也行。

当文明发展到一定程度，还能让人心怀梦想的东西只剩下深空。

这货能不能早点，一定要成功啊。