黑洞，讓我們生于凡塵，歸于星辰

應(yīng)琛

2019年4月10日這一天注定會成為人類文明進(jìn)程的一個重要日子。

電影《星際穿越》里模擬黑洞的場景。

這一天，人類第一次真正意義上“看”到了傳說中的“黑洞”。雖然公布的照片看上去仍帶著一股迷幻的“混沌”，但這次窺探注定是人類史上一塊耀眼的豐碑，或者說探索宇宙空間奧秘里程碑式的時間點。

普通人之所以為一張照片心潮澎湃，或許還是因為對宇宙心存敬畏。

更重要的是，這張黑洞的照片就像一壺暖過的燒酒，澆醒了我們胃腸里隱隱發(fā)作的想念——城市明亮的夜晚，物理地割斷我們與夜晚的部分聯(lián)系，我們常常忘記，那個一抬頭就是滿天星斗的日子，不過才過了一百多年。

我們?yōu)槭裁匆P(guān)心太空？如果用1968年的科幻神作《2001：太空漫游》里的話來解釋，那就是：“征服可能會受挫，但好奇從未停息?！比缃?，隨著所有好奇不斷被實踐驗證，“生于凡塵，歸于星辰”，或許將不再只是想象中的美好結(jié)局。

興奮到模糊

北京時間4月10日21時左右，人類成功拍攝到的首張黑洞照片，在上海和臺北、華盛頓、布魯塞爾、圣地亞哥、東京六地同時發(fā)布。

早在兩百多年前，就有科研人員設(shè)想宇宙中存在一種質(zhì)量巨大、引力強到連光也無法逃脫的天體。愛因斯坦在一百多年前提出的廣義相對論，可用于計算出這種天體的若干性質(zhì)。而“黑洞”作為一個科學(xué)術(shù)語，直到20世紀(jì)60年代才由美國天體物理學(xué)家約翰·惠勒提出。

長久以來，黑洞只不過是廣義相對論的預(yù)言、愛因斯坦的方程、模擬電腦圖像、引力波等項目的間接證據(jù)，或者科幻小說的想象。

正因為沒有人知道它的真正模樣，第一張黑洞照片才備受期待。當(dāng)“事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）”項目主任謝潑德·多爾曼在中國上海向全球宣布“我們捕獲到了黑洞的首張照片”，當(dāng)黑洞的“芳容”出現(xiàn)在各個平臺直播中的那一刻，各種屏幕前守候的人，為之激動。

科學(xué)界說，這一張照片是“非凡的科研成果”，是天文學(xué)上的“重要里程碑”“具有歷史性意義”。

公開資料顯示，這項研究是由“事件視界望遠(yuǎn)鏡”（EHT）項目實施的，該項目始于2012年，旨在利用一個全球地面望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)直接觀測黑洞的周圍環(huán)境。照片顯示的是位于星系M87中心的黑洞。它的質(zhì)量是太陽的65億倍，與我們的距離達(dá)到5500萬光年。

要拍攝這么遠(yuǎn)的對象，科學(xué)家模擬出口徑像地球一樣大的望遠(yuǎn)鏡，即“事件視界望遠(yuǎn)鏡”，它集合了分布在全球各地的多個射電望遠(yuǎn)鏡——從智利阿塔卡馬沙漠到南極冰原，從西班牙的高山到夏威夷的海島，8個射電望遠(yuǎn)鏡通過“甚長基線干涉測量技術(shù)”聯(lián)合起來。

按科學(xué)家的說法，給黑洞拍照的難度就差不多等于“給月球表面的一個蘋果拍照”。而項目協(xié)作委員會主席、德國馬克斯·普朗克射電天文研究所所長安東·岑蘇斯則打了這樣一個比方：“如果地球是平的，那使用這一技術(shù)可以從波恩看清紐約街頭報紙上的字。”

不止“拍”照難，“洗”照更難。面對記錄的龐大數(shù)據(jù)量，進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)后期處理和分析，研究人員花了兩年多的時間獲取最終的黑洞圖像。

除了再次證明愛因斯坦廣義相對論的正確性外，黑洞照片的問世，最直接的意義就在于人類第一次直接確認(rèn)了黑洞的存在。中科院天文學(xué)教授茍利軍此前在接受媒體采訪時解釋說：“此前有很多間接證據(jù)證明黑洞的存在，但不排除還有一絲是其他星體的可能性，這次的發(fā)現(xiàn)就能直接說明黑洞的存在?！?/p>

這一照片令學(xué)界興奮的另一個原因還在于，它將使我們對宇宙的看法從想象轉(zhuǎn)向理性和真實，或許還將重新定義宇宙。

項目科學(xué)委員會主席、荷蘭奈梅亨大學(xué)教授海諾·法爾克告訴新華社記者，黑洞涉及人類對宇宙的根本了解，“我們的宇宙中有兩大理論，愛因斯坦的相對論描述了宏觀，量子力學(xué)描述了微觀，但是在黑洞的邊緣，相對論與量子力學(xué)無法協(xié)調(diào)，在那里可能會發(fā)現(xiàn)新的東西”。

美國亞利桑那大學(xué)天文學(xué)副教授丹尼爾·馬羅內(nèi)認(rèn)為，黑洞之所以重要，是因為它在長時間尺度上會影響宇宙演化。但人們并沒有完全了解黑洞如何吞噬物質(zhì)，然后又將其中一部分以接近光速向外噴射，影響其所在星系。黑洞照片不僅將為廣義相對論提供新信息，也有助于了解黑洞噴流的形成過程。

正如霍金在最后一本著作《十問：霍金沉思錄》寫道：“事實有時候比小說更奇怪，黑洞最能真實體現(xiàn)這一點，它比科幻作家夢想的任何東西都更奇怪。”

黑洞之所以能讓霍金如此著迷，是因為探索它的存在與否，可以間接推論宇宙是何時產(chǎn)生又是如何產(chǎn)生的，由此也能了解宇宙出現(xiàn)之后的地球如何產(chǎn)生。有了地球，才有了生物和人類。而孤獨地生活在地球上的人類也許能有機(jī)會解決這個“我從哪里來”的終極哲學(xué)問題。

同樣具有現(xiàn)實意義的是，了解黑洞也可以知道宇宙大爆炸、星系演化以及黑洞存在是否會影響到地球上的生物多樣性等一系列物質(zhì)問題。

科學(xué)家信心滿滿，接下來，更多的謎團(tuán)一定會被揭開。

然而，在外行看熱鬧的網(wǎng)友們眼中，第一反應(yīng)往往是“原來黑洞，不是一個黑色的洞”，它看起來“最像甜甜圈”，也有人說“像肚臍眼”……

在一條“關(guān)于黑洞你知道多少呢”的新聞下，短短1小時，就已經(jīng)收到了1971條評論。網(wǎng)友還自發(fā)開始了“首屆黑洞P圖大賽”，靈魂段子手紛紛登場。有人以黑洞的口吻發(fā)了朋友圈，表示“興奮到模糊”。

人類科學(xué)共同體

這場研究也讓我們欣喜地發(fā)現(xiàn)，《流浪地球》里的設(shè)定——在地球生死存亡之際，人類放下了偏見和分歧，為拯救家園的共同目標(biāo)團(tuán)結(jié)一心——不再只屬于電影里，人類也可以因為一個共同的關(guān)注而攜手。

正如項目科學(xué)委員會主席法爾克說的：“不同文化、不同機(jī)構(gòu)、不同國家和大洲的科研人員走到一起合作并不容易，但如果有共同愿景的驅(qū)動，有首次看到黑洞的共同夢想，合作就變得可能?！?/p>

據(jù)了解，“事件視界望遠(yuǎn)鏡”的建設(shè)和如今宣布的觀測結(jié)果源于數(shù)十年觀測、技術(shù)和理論工作的堅持和積累。為了這張黑洞照片，科學(xué)家們可謂同心協(xié)力，它是全球團(tuán)隊合作的典范。

數(shù)十個研究機(jī)構(gòu)共同創(chuàng)建了“事件視界望遠(yuǎn)鏡”，使用了既有的基礎(chǔ)設(shè)施并獲得了各種機(jī)構(gòu)的支持。其主要資金由美國國家科學(xué)基金會（NSF）、歐盟歐洲研究理事會（ERC）和東亞資助機(jī)構(gòu)提供。而此次合作匯集了全球超過200名研究人員。

同一個世界，同一個夢想。最終，來自世界各國的科學(xué)家，把由世界各地共八個天文臺組成的“事件視界望遠(yuǎn)鏡”拍出來的信息統(tǒng)籌整合成了一張完整的黑洞照片，使我們對黑洞這種連任何物質(zhì)和光都無法逃逸的擁有巨大引力場的天體有了進(jìn)一步了解。

在整個項目中，中國科學(xué)院天文大科學(xué)研究中心（國家天文臺、紫金山天文臺和上海天文臺）參與了位于美國夏威夷的東亞JCMT望遠(yuǎn)鏡對黑洞的觀測，多名中國學(xué)者是此次黑洞照片相關(guān)論文的作者。同時，為達(dá)到此次拍攝的極高分辨率，包括中國科學(xué)院下屬的天文臺機(jī)構(gòu)和高校等全球 13 個研究機(jī)構(gòu)都參與研究、校準(zhǔn)工作。

不過，中國天文學(xué)界清醒地認(rèn)識到目前的“參與者”角色。中國科學(xué)院國家天文臺副臺長薛隨建直言這次“算是重在參與”，但為在相關(guān)科研領(lǐng)域“機(jī)制性參與國際合作組織、逐漸發(fā)揮越來越重要的作用，作出了良好的示范”。

太空可能是中國未來能發(fā)揮更多作用的地方。法爾克表示，今后要拍攝更好的黑洞照片，就需要比地球還大的望遠(yuǎn)鏡，這就需要走向太空，“中國在射電干涉測量技術(shù)和太空探索方面的能力正快速增長，我期待未來中國能成為這個領(lǐng)域的重要一員”。

2月20日，習(xí)近平總書記在北京人民大會堂會見探月工程嫦娥四號任務(wù)參研參試人員代表時曾表示，偉大事業(yè)都始于夢想，夢想是激發(fā)活力的源泉。他還強調(diào)：“太空探索永無止境?！?/p>

回顧與國際同行共同拍出人類首張黑洞照片的經(jīng)歷，中國科學(xué)院上海天文臺研究員路如森說：“作為長期深度參與‘事件視界望遠(yuǎn)鏡國際合作的中國研究人員，我覺得這張黑洞照片是科學(xué)共同體的努力結(jié)果。科學(xué)對人類發(fā)展至關(guān)重要，人類的科學(xué)共同體也是人類命運共同體的重要組成部分?！?/p>

從量子力學(xué)的提出、引力波的發(fā)現(xiàn)，到此番黑洞“照片”……不難發(fā)現(xiàn)，科研進(jìn)入群體力量時代已成大勢，依靠一個天才改變整個科學(xué)局面的情況越來越少。

好奇從未停息

事實上，自詡是宇宙之子的人類，從洪荒時代起，就從未停止過對頭頂神秘星空的眺望。

1968 年 12 月 24 日，阿波羅 8 號的三位宇航員在月球軌道中向地球進(jìn)行了電視直播。在那場電視直播中，人類拍攝到了第一張 “地出” 照片。

這是人類第一次在太空，看到自己的星球升起。資料顯示，在那場轟動世界的電視直播上，被數(shù)次提及到的一個詞是 “我們”。

而“我們”指的是全體地球人。只有站在地球之外的角度回看時，“我們”才深刻意識到——原來在這個星球上紛爭不斷的所有人是一個整體。

當(dāng)年 NASA 太空航行中心的科學(xué)副總監(jiān)斯圖林格博士后來這樣說：“在這幅照片第一次對外公布之后，號召人們警惕人類面臨的各種嚴(yán)峻問題和挑戰(zhàn)的呼聲越來越高，例如污染、饑荒、貧困、城市生活、糧食生產(chǎn)、水資源管理和人口過度增長。這不能說是沒有關(guān)聯(lián)的?！?/p>

如今，微信啟動頁面上那一張“孤獨小人面對巨大地球”的照片，其原圖來自于 1972 年最后一次的阿波羅登月計劃。

在此后的很長一段時間，人類都沒有飛船再能如此近距離地對地球進(jìn)行拍照，所有從外太空拍攝的地球 “全身照” 其實都是拼貼組合之作。究其原因，是20世紀(jì)各國經(jīng)濟(jì)的動蕩以及冷戰(zhàn)落幕，航天大國紛紛削減了航天資金，人類太空探索的目光已經(jīng)更多由星空轉(zhuǎn)向地面。

但腳步其實從未停止。

2015 年，與地球相似程度極高的類地行星——“地球大表哥” 開普勒 452B 被觀測發(fā)現(xiàn)，一年后人類發(fā)現(xiàn)了另外一個 “地球?qū)\生哥哥” 比鄰星 b。同年，歷時五載，朱諾號探測器終于抵達(dá)木星。之后特斯拉CEO馬斯克公布了詳細(xì)的火星移民方案。

霍金在晚年時期對人類的未來憂心忡忡。他認(rèn)為地球和人類正面臨著嚴(yán)峻的內(nèi)憂外患，除了人工智能和氣候問題將導(dǎo)致人類滅亡地球毀滅，外星人還可能隨時入侵地球……他曾在 2016 年在劍橋大學(xué)的一次演講中表示：“為了人類的未來，我們必須進(jìn)入太空。在不離開這個脆弱的星球的情況下，我不認(rèn)為我們能活過下一個 1000 年?！?/p>

今天，黑洞照片的公布無疑會是另一個新的開始，項目的成果讓我們進(jìn)入了一個展示時間、空間、光和物質(zhì)深刻本質(zhì)的更加深邃的新視野，讓我們再次意識到：地球不該是人類歸宿的唯一答案。無論是星際旅行，還是移居火星。

目前地球資源開始一步步走向枯竭，用環(huán)保和技術(shù)來延長地球壽命必不可少。但也許這恰好是個完美的過渡時期，人類借此將更重要的思維和力量投向群星璀璨的太空之中。