愛伊米

黑洞看不見,也摸不著,第一張黑洞照片是如何觀測到的

浩瀚的宇宙中有無數的天體,它們大體可分為恆星,行星等,除了這些比較常見的天體之外,宇宙中還有一些特別強大而神秘的天體,例如:中子星,黑洞等。

恆星,行星等天體,我們可以透過天文望遠鏡觀測到,因為它們本身會發光,例如恆星,而本身不發光的行星,也可以反射恆星的光源,從而被我們觀測到。中子星這樣的大密度天體,它同樣也能夠被天文望遠鏡觀測到,可是唯獨黑洞這種神秘的天體,無法被我們真正觀測到。

黑洞是我們目前所瞭解,已知的宇宙最強大可怕的一類天體,它最初的時候,只是愛因斯坦在廣義相對論中預言的一種天體,後來科學家在宇宙中發現了這種神奇的天體,從而開始了對黑洞的探索。

黑洞看不見,也摸不著,第一張黑洞照片是如何觀測到的

我們都知道,牛頓提出了萬有引力,認為引力是一種真實存在的力,可是在廣義相對論中,愛因斯坦對引力的定義卻是“時空彎曲”。每一個有質量的物體,它的周圍都會產生不同程度的“時空彎曲”,從而具備了不同程度的引力。

黑洞所擁有的引力是無窮大的,所以它的周圍產生的“時空彎曲”也是無窮大的。在我們現有的理論中,光速是宇宙中最快的速度,任何有質量的物體速度都無法超越光速,所以物質一旦進入黑洞的視界範圍之後,就無法逃脫出來,即便是光也不例外。

正是由於黑洞這種強大的吞噬能力,任何掉進其中的物質都會跌入無窮的時空深淵中,不會有任何的光反射出來,從而讓黑洞成為一種看不見,摸不著的天體。

黑洞看不見,也摸不著,第一張黑洞照片是如何觀測到的

在2019年4月10日,科學家公佈了人類首張黑洞照片,這張照片拍攝的是距地球約5500萬光年外的一個超大質量黑洞。透過這張照片,人類首次看到了一個相對真實的黑洞,於是人們產生了一個懷疑:既然黑洞是看不見,摸不著的,那麼這第一張黑洞照片是如何來的?

首先我們要明白,以人類目前的科技實力,黑洞仍然是無法直接觀測到的,原因很簡單,我們目前的觀測裝置能力還是非常有限的。那麼第一張黑洞照片是怎麼回事?其實科學家公佈的第一張黑洞照片,並不是真實的黑洞樣子,只是它的一個視界範圍。

黑洞可以吞噬掉一切光線,凡是靠近黑洞的光線都會被它不斷吞噬,可是在這個吞噬的過程中,光線會產生變化。科學家利用射電望遠鏡捕捉光線進入黑洞瞬間產生的變化,就可以確定這裡有一個黑洞,從而描繪出它的一個視界範圍。

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視界範圍是黑洞最外層的資訊,是黑洞無窮大的質量產生的“時空彎曲”所形成的。在這個世界範圍內,時空曲率隨著不斷向中心靠近,變得越來越大,而在是中心的區域是一個奇點,它才是真正的黑洞。

這個奇點具備體積無限小,密度無限大的特點,正是由於這個特點,才能夠產生強大的引力。黑洞外的物質一旦進入視界範圍就無法再離開,會一步步朝著中心的奇點坍塌,而人類現有的所有物理理論,在奇點這裡是完全失效的。

可能有朋友會說了,人類的物理理論在奇點這裡完全失效了,是否說明,奇點的存在已經超越了科學?當然不是,宇宙中任何事物都是在科學理論的基礎上存在的,奇點自然也是如此。

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人類目前的科學理論在奇點這裡失效,只能說明人類的物理理論還不完善,或者說在浩瀚的宇宙背後,還有一個更本質宏偉的物理理論我們沒有發現,它有可能才是宇宙最終極的奧秘。

黑洞的視界範圍阻止了人類對黑洞這個奇點直接的觀察,我們無法直接觀察到黑洞的原身,那麼就很搞清楚奇點的本質以及它所產生的時空彎曲現象到底是怎麼回事。

曾經有科學家提出了“裸奇點”,認為宇宙中可能誕生出沒有視界的奇點,只要我們能夠找到“裸奇點”,就可以直接觀察到黑洞內部的本質現象,或許透過觀察研究,就可以推動人類的物理理論向前邁出一大步,直擊宇宙最本質的奧秘。

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理想很不錯,可是直到目前為止,科學家也沒有在宇宙中找到裸奇點,有可能宇宙本身就在阻止人類去直接觀察奇點,每一個奇點誕生之後都會形成一個視界範圍,阻止人類的直接觀察。

這有可能也是宇宙對自身的一種保護,同時也說明,黑洞最中心的奇點的確隱藏著重大的秘密,這個秘密有可能關乎著宇宙的命運。無論哪一個文明掌握了這個秘密,都有可能成為宇宙的霸主,那個時候,宇宙的浩瀚將不存在,它將成為這個文明的後花園。

人類拍攝到的第一張黑洞照片,雖然只是一個視界範圍,但是對於人類的意義仍然非凡,它從側面再一次證明了愛因斯坦廣義相對論的正確性,同時也證明了霍金等人提出的黑洞無毛定理。

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在這個理論中指出,宇宙中所有的黑洞都可以用質量、角動量、電荷這三個物理量來描述,如果兩個黑洞的這三個物理量相同,那麼這兩個黑洞就是完全相同的,不存在任何的差別。

黑洞無毛定理也是在廣義相對論的基礎上提出的,如果這個理論是錯誤的,那麼廣義相對論也就需要進行修改,幸運的,透過這一張黑洞照片,證明了這個理論的正確性,從而也證明了廣義相對論的正確論,這就是對人類最大的意義。

人類對黑洞的研究探索才剛剛起步,由於人類目前能夠觀測到的黑洞基本都是超大質量黑洞,它們距離我們非常遙遠,自然也就無法近距離去觀測。

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隨著人類科技的不斷進步,未來觀測技術的大幅提升,或許有希望讓我們觀測到行星級別的小黑洞,甚至我們可以靠近黑洞去觀察,那樣就可以得到更多,更詳細的有關黑洞的資料,從而破解黑洞的奧秘。