打开APP
userphoto
未登录

开通VIP,畅享免费电子书等14项超值服

开通VIP
技术帝谈黑洞,看懂的可空降物理高考冲击满分

转载自【秘苑玫瑰】

01

人马座27度是一个你必须知道的黄道位置:朝这个方向望去,就是银河系的中心所在,它距离我们26000光年,天文学名称叫人马座A星(Sgr A*)。这个庞大无比的中心有四百万个太阳的质量,但是人们看不到它,因为它是一个黑黝黝的「黑洞」。

科学家持之以恒地对这个区域进行了透视观察,看到一些天体围绕着这个看不见的神秘区域跳着回旋舞,确信那里是一个无比致密的核心。不止是这几颗靠近的星,整个星系的成百上千亿颗星都在围绕着它旋转。在每一个漩涡星系的核心,都有一个这样的黑洞。

黑洞之所以黑,是因为吸引力实在太强,以至于连光线都无法逃脱它强大的俘获力,所以我们看不到它的存在;稍复杂一点的说法是,黑洞的重力把时空弯曲成了一个封闭的区域,整个四维时空在那里凝聚成一点,前几年的科幻电影《星际穿越(Intestellar)》就让男主角来到了黑洞里面的五维时空,从那里他任意穿越无数种可能的现实世界。

黑洞引起强烈的空间弯曲,因此当一个黑洞从星空飘过的时候,会引起强烈的光线折射效应,使得它背后的星空背景发生透镜般的扭曲变形,好像被戳了一个洞。除了银河系中心的巨无霸,银河系可能还有上千个小型的黑洞,但是它们更加难以观察,因为实在是太小了。不过,当黑洞相遇时,它们会发生剧烈的回旋和融合,时空震荡的涟漪会以「引力波」的形式传遍宇宙。

我们从来没有看到过黑洞,迄今为止所有关于黑洞的图片都是出于想象。黑洞不仅「黑」,而且占据的空间非常狭小,还藏在浓重的星尘之间,用可见光观察方式根本没有可能。需要以无线电频谱拍摄,并且使用比哈勃望远镜还要强大一千倍的解析度,才有可能看到人马座A星周围的场景。

02

黑洞根据定义就是看不到的,但是黑洞周围的「事件视界」(Event Horizon)可以看得到——这个名词不妨理解成,就是黑洞边缘的分界线所在,在分界线之内是让光线一旦坠落就无法逃逸的无底洞,分界线之外的话还有救。分界线之内发生的任何事件,外界都一无所知,所以叫做「事件」的分界。

对于一个「坠落」到黑洞的人来说,他自己是看不到自己穿越分界线的,他在不断的坠落中越来越加速,直到以光速行进,化身为无数的光子融入这个神秘的世界。在黑洞周围,有大量这样在「坠落」的物质,围绕着黑洞一边旋转一边最坠落中撕裂,并在这个过程中发出光线,给了我们一个在遥远的地方看到这个区域的可能。

对于一个在地球上观察的人来说,会看到什么呢?很多人以为,这个不幸的人在坠落的过程中,忽然消失在黑暗里。其实不然,真正发生的是,他的身影在视界线附近停止不动,而后逐渐变得黯淡直到最终透明。他并没有一个「掉」进去的过程发生。

上图那种想象有助于理解黑洞的结构,但图像其实并不太现实,科学家用周密的计算模拟得到的最精细模型是下面这样的:圆盘型围绕着黑洞旋转的物质,它们所发出的光,在迎面而来的方向变得密集而明亮,而远离我们而去的另一边则黯淡稀疏。而且,当光线在黑洞背后的时候,因为时空弯曲,它们依然会绕到前面来,形成一个具有透明水珠印象的奇艺图景。

03

因为黑洞实在太小,于是人类使用了遍布全球的八台射电望远镜,组成一个同步协调的阵列,就像整个地球一样大的「望远镜」,叫做「事件视界望远镜(EHT)」,观察的就是黑洞的「事件视界」。虽然确切说只是地球望远镜的一些「碎片」,但是随着地球旋转,这些碎片采集的图像逐渐拼凑起来,得到越来越清晰的整个影像。

2019年4月10日,人类在全球多地同时发布了该望远镜首次拍摄的黑洞图像,不过它这次的观察对象不是人马座A星,而是室女座星系团中超大质量星系Messier 87中心的一个更大的黑洞,它距离地球5500万光年,质量为太阳的65亿倍。首次发布的黑洞照片(下图)显示,跟人类的模拟(上图)非常吻合,亮度的不均匀是因为黑洞周围物质旋转的结果。

电脑模拟还给出了我们更美妙的细节(下图),有朝一日或许我们可以通过更强大的望远镜得到直观的验证。星系中心像是一台发动机,不仅凝聚了整个星系,并带领全部成员在宇宙中回旋。

04

在神话传说里,不论王母娘娘用簪子划下一道银河,还是古希腊的天后赫拉的乳汁流淌成河,都为银河系赋予了母性的意义。银河不像太阳的光辉那样夺目而自诩,但却在幕后以更加无比的力量维系着一切。

正如「日心说」取代「地心说」,银河系中心使得人们的视野超越了太阳系。人类文化的集体潜意识里,太阳代表着自我、代表权威、代表金贵、代表一切之源,被认为是至高的象征,人们用太阳来比喻君王、比喻父亲、比喻自我人格的核心。在占星学的眼里看来,对于银河中心的觉知,是突破自我的表示,使人谦卑地认识到有比自己的小我更宏伟的缔造力量存在。

但银河系也是更大尺度的结构的一部分,她从属于拉尼亚凯亚超星系团(Laniakea Supercluster),银河系和其他的星系组成无数的队列,以每秒钟数百公里的速度,在更大的力量的推动下朝一个神秘的聚集地「巨引源」飞行。这个超星系团有超过十万个星系,在下面这张图上,每个亮点都是一个星系,我们整个银河系就在右下角红点处。


巨引源影响着数百万个星系,那里是什么呢?是比银河系黑洞更宏伟许多倍的黑洞吗?我们不得而知。拉尼亚凯亚就像一片羽毛,飘荡在无边无际的宇宙当中。而我们的整个星系,在这浩瀚的图景里只如微尘一般,太阳系也不过微尘之微尘,你我也不过微尘之微尘之微尘之微尘。

然而有一天,我在桥墩上看到这幅一画原住民风格的壁画,正是整个临近宇宙的结构图,伟大的拉尼亚凯亚,画上的人物,视线跟这个宇宙结构相联。现代文明在物质高度发达的同时,是否丢掉了人类的初心和与自然的链接呢?当我们以宇宙视野来看待存在,还会像自我的人一样狭隘吗?当我们心怀宇宙视野,也会有全球视野、有社区视野,以超越小我的方式看待宇宙苍生。人的内在世界与外在世界一样广袤无边,向内打开才是向外打开的路。

本站仅提供存储服务,所有内容均由用户发布,如发现有害或侵权内容,请点击举报
打开APP,阅读全文并永久保存 查看更多类似文章
猜你喜欢
类似文章
【热】打开小程序,算一算2024你的财运
黑洞我们看见你了!——给黑洞“拍照”,解开宇宙形成之谜
2020诺贝尔物理学奖:黑洞研究从幻想变为现实
来看!2022年关于黑洞的精彩新闻盘点,新鲜出炉
首张银河系中心黑洞照片公布,还是一个甜甜圈……
黑洞猎手,在璀璨星光中凝视黑暗
2019年,最值得期待的科学突破将是?
更多类似文章 >>
生活服务
热点新闻
分享 收藏 导长图 关注 下载文章
绑定账号成功
后续可登录账号畅享VIP特权!
如果VIP功能使用有故障,
可点击这里联系客服!

联系客服