在黑洞中你會(huì)看到什么？

馬庫斯·伍　高鵬

在黑洞周圍，會(huì)有某種力量把你拉進(jìn)去。黑洞的引力毫無疑問是強(qiáng)大的，即使是光也休想逃脫它的魔掌。但是，黑洞中還有另外一些東西，一些我們難以準(zhǔn)確描述的東西。也許，正是黑洞那絕對(duì)的黑暗以及神秘莫測(cè)、無邊無際的深淵挑動(dòng)著你——或者說強(qiáng)迫著你——斗膽靠近。

進(jìn)入黑洞的旅行將是一趟單途旅行。一旦你跨過了事件視界，也就是連光也無法逃脫的臨界點(diǎn)，就再也無法回頭了，最可能的結(jié)果是你將以一種悲慘的方式死去。好吧，如果這些還無法讓你就此卻步的話，起碼可以先探討一下，如果我們?cè)煸L一個(gè)黑洞，都可能會(huì)看到些什么。

當(dāng)一顆大質(zhì)量恒星（質(zhì)量大概需要達(dá)到我們太陽的25倍以上）耗盡它的燃料時(shí)，就會(huì)因自身的引力坍縮，從而形成一個(gè)黑洞。在銀河系的恒星中，大約每1000顆里就有1顆能大到足以制造一個(gè)黑洞。銀河系擁有至少1000億顆恒星，這意味著大約有1億個(gè)黑洞潛伏在銀河系中。不過，別忘了，太空是浩瀚無比的，即使你以光速旅行，要到達(dá)最近的黑洞仍要耗費(fèi)數(shù)千年時(shí)間。

但是，就讓我們假設(shè)你精通星際旅行，不管你是通過曲速引擎推進(jìn)也好，還是通過蟲洞也好，總之，你到達(dá)了一個(gè)黑洞。你會(huì)看到什么？

排水口的漩渦

好吧，這些都不是真實(shí)發(fā)生的。一個(gè)孤零零的黑洞，毋庸置疑，它是黑的。如果你圍著它轉(zhuǎn)上一圈，就會(huì)注意到它是球形的，而不像我們平時(shí)所見的通常意義上的洞。如果它是轉(zhuǎn)動(dòng)的（就像宇宙中的大多數(shù)天體都存在某種程度的自轉(zhuǎn)），那么這個(gè)黑洞的赤道將比其兩極更寬，不是一個(gè)完美的球形。

然而，更具戲劇性的一幕是，有一個(gè)超大質(zhì)量黑洞就在銀河系中心安了家，其質(zhì)量幾乎是太陽的400多萬倍。黑洞的引力使得大量氣體和塵埃聚集在它的周圍，這些氣體和塵埃聚集成盤狀，螺旋形運(yùn)動(dòng)著進(jìn)入黑洞——就像是排水口的漩渦。在這些物質(zhì)被消耗的同時(shí)，摩擦?xí)⑺鼈兗訜岬綆资畠|攝氏度的高溫，同時(shí)產(chǎn)生大量的射線，并發(fā)射出能量和帶電粒子。

這個(gè)熾熱的圓盤將會(huì)相當(dāng)壯觀。至于黑洞本身，你是無法直接看到的，因?yàn)樗幵跉怏w和塵埃的籠罩中。不過，你可以看到黑洞的引力如何使其周圍的光線拐彎和扭曲，從而在環(huán)繞黑洞的物質(zhì)上創(chuàng)造出一個(gè)視覺印記——黑洞影子。引力還會(huì)扭曲影子本身，使它看上去比真正的黑洞大5倍。

通常來說，我們認(rèn)為光是筆直向前傳播的——光子風(fēng)馳電掣、一往無前。但是，在靠近黑洞的區(qū)域，強(qiáng)大的引力拉住了光子，使它們繞著黑洞旋轉(zhuǎn)，形成軌道。在這些光子中有那么一些設(shè)法逃脫并到達(dá)了你的眼睛（或者望遠(yuǎn)鏡），而你看到的，就是一個(gè)鑲在陰影周邊的明亮圓環(huán)。

與此同時(shí)，在物質(zhì)圓盤的內(nèi)側(cè)，其環(huán)繞黑洞運(yùn)行的速度接近光速。根據(jù)愛因斯坦的相對(duì)論，如果一個(gè)光源向你飛奔而來，那么它會(huì)顯得更加明亮。如果你正好在物質(zhì)圓盤的側(cè)面看黑洞，圓盤沖你而來的一側(cè)的光芒將更為明亮，從而在黑洞的這一側(cè)形成一個(gè)明亮的新月形。

明亮且清晰

因此，雖然你不能直接看到黑洞，但你可以看到它的影子，它是被明亮的圓環(huán)和新月形的光包圍著的。一些研究人員擔(dān)心，從圓盤中噴出的氣體、塵埃和帶電粒子可能會(huì)使得這戲劇性的一幕變得模糊。為了準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出黑洞影子的模型，研究人員創(chuàng)建了一些最為精確的計(jì)算機(jī)模型，綜合了所有環(huán)繞黑洞的氣體和引力可能造成的物理現(xiàn)象。

美國亞利桑那州立大學(xué)的天體物理學(xué)家費(fèi)里歐·奧澤爾說，結(jié)果證明，景象依然是明亮而又清晰的。他們制作了一些非常棒的影像，但更重要的是，他們幫助天文學(xué)家預(yù)想出了當(dāng)真正觀測(cè)到銀河系黑洞的影子時(shí)，會(huì)看到什么。

通過將世界各地現(xiàn)有的多達(dá)11個(gè)天文望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)能力結(jié)合在一起，天文學(xué)家第一次創(chuàng)造了一個(gè)巨大的、地球大小的觀測(cè)儀器，以觀察黑洞的影子及其特征性的月牙和圓環(huán)。奧澤爾說：“我們將看到一個(gè)圓環(huán)，一個(gè)一邊比另一邊更為明亮的圓環(huán)，這正是我的希望與夢(mèng)想?！?/p>

這個(gè)行星大小的望遠(yuǎn)鏡被稱為事件視界望遠(yuǎn)鏡，將動(dòng)用從南極一直到智利的觀測(cè)設(shè)備，并使用超級(jí)計(jì)算機(jī)來處理大量的數(shù)據(jù)?！斑@將使我們得到一個(gè)比已知所有望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)都要高的放大倍數(shù)?！鳖I(lǐng)導(dǎo)這一項(xiàng)目的麻省理工學(xué)院天文學(xué)家舍普·多爾曼說。他還解釋說，要想從地球上看清黑洞的陰影，就相當(dāng)于要從地球上看清月球上的一個(gè)柚子。

被撕成碎片

2015年春天，研究人員已經(jīng)把7個(gè)望遠(yuǎn)鏡連接在了一起，準(zhǔn)備開始觀測(cè)。到2017年，他們希望所有的望遠(yuǎn)鏡都能到位，屆時(shí)人們將能夠直接看到一個(gè)黑洞。事實(shí)上，獲取到的黑洞圖像將是開創(chuàng)性的，它將為黑洞的確存在提供最強(qiáng)有力的證據(jù)（到目前為止，所有的證據(jù)都還只是間接證據(jù)，比如銀河系中心黑洞的引力對(duì)附近恒星的影響）。物理學(xué)家也將能夠?qū)σ粋€(gè)黑洞周邊究竟發(fā)生著什么進(jìn)行有史以來最為細(xì)致的觀測(cè)，并且能夠?qū)垡蛩固瓜鄬?duì)論錯(cuò)綜復(fù)雜的細(xì)節(jié)進(jìn)行檢測(cè)。

但是，也許僅僅一個(gè)影像還是不夠，你仍然想進(jìn)入黑洞內(nèi)部。很不幸，物理學(xué)家對(duì)將會(huì)發(fā)生些什么也不是十分確定。按照常規(guī)的假設(shè)來說，你會(huì)被擰成意大利面條。如果你的腳先跳進(jìn)黑洞，那么你的腳將會(huì)感受到比頭部強(qiáng)大得多的重力。隨著你接近黑洞，你的腳和頭所受引力的差別會(huì)越來越大，直到你被撕裂。很快，這一重力潮汐，正如它的名字一樣，會(huì)將你身體的每一個(gè)細(xì)胞、每一個(gè)分子、每一個(gè)原子撕成碎片。

根據(jù)數(shù)學(xué)計(jì)算，如果黑洞相對(duì)較?。ㄙ|(zhì)量只有太陽的幾十倍大小），那么你被擰成意大利面條的過程會(huì)在你穿越事件視界之前很早就發(fā)生了。而如果這個(gè)黑洞是巨大的，達(dá)到太陽質(zhì)量的幾十億倍，那么你會(huì)很安全地穿過事件視界，而你被擰成意大利面條的過程，會(huì)在你穿過事件視界之后才發(fā)生。

但是，在2012年，當(dāng)嘗試弄清楚物質(zhì)在進(jìn)入黑洞后是否會(huì)永久消失時(shí)，約翰·普金斯基和其他物理學(xué)家意識(shí)到，你的命運(yùn)還有其他的可能性。他們說，根據(jù)量子力學(xué)理論，事件視界會(huì)變成一個(gè)巨大的火墻，一旦你穿過事件視界，它會(huì)把你燒成灰燼。你甚至根本沒有被擰成意大利面條的機(jī)會(huì)。

很多物理學(xué)家不認(rèn)同這一觀點(diǎn)。因?yàn)楦鶕?jù)愛因斯坦的廣義相對(duì)論，一個(gè)人在掉進(jìn)事件視界時(shí)不會(huì)感到有什么異常，只是飄浮在空中而已。這個(gè)火墻將違反等效性原理，而這是物理學(xué)家不愿意輕易放棄的、極其重要的原理。因此，他們嘗試了一個(gè)又一個(gè)想法，試圖解決已經(jīng)眾所周知的“火墻悖論”。但是直到現(xiàn)在，人們還是沒有達(dá)成任何共識(shí)。

為了能夠一勞永逸地弄明白黑洞里都發(fā)生了些什么，也許你不得不到某個(gè)黑洞里走一趟。但問題是，你進(jìn)入黑洞以后，就再也無法告訴任何人你都看到了些什么了。