黑洞正播放着宇宙历史的镜头，而物理学家则努

黑洞的神秘身影正在变得越来越清晰。2019年4月，一张在周遭一片黑暗的围绕中闪动着朦胧橙光的圆环照片，令数十亿人为之惊叹，这只“甜甜圈”是人类拍摄下的首张黑洞照片。今年3月，天文学家们又公布了第二张黑洞照片，橙光圆环上多了一道道顺滑而细腻的明亮细环，像极了旋转烟花。

其实，大多数人都太过沉浸于将数据转化成图片的过程，却鲜有人尝试去理解影像所传达的深层信息，而这才是其真正重大的意义所在。

过去两年中，研究者们不懈探求，终于建起一片布满“魔镜”的天地：黑洞的引力从各个方向吸收光线，然后将其扭曲并向观者发送——我们所看到的神奇是“魔镜”对黑洞周围环境做了无限次重构得来的图像，堪称一部讲述宇宙历史的史诗巨制，在数百亿公里的巨大弧形屏幕上放映。

宇宙影院中的廉价座席

首张黑洞照片公布时，大多数人都沉浸于观测数据是如何转化成图片的，但天文学家却致力于理解影像所传达的深层信息。美国哈佛大学的射电天文学家迈克尔·约翰逊回忆，发布结束后，他和同事们聚在一起探究同一个问题：这只“甜甜圈”究竟是什么意思？

如果宇宙是一座大电影院，M87超大质量黑洞是影院大屏幕上播放的一部电影，那么从地球上观测它，就好比在一个偏远（大约5500万光年开外）的廉价座位（观影视角相当差劲），去观看黑洞影像——人类永远都难见其全貌。

不过即便如此，通过坚持不懈的努力观测，我们眼前所获得的照片或许已足以展现黑洞的真实历史了，或许也足以给爱因斯坦的理论以最高级别的检验，甚或足以令人类对空间和时间有更深的理解。

黑洞可能是爱因斯坦广义相对论中最惊人的预测，它将广义相对论的核心思想展现到了极致：黑洞的密度是如此之大，以至于时空被其无限扭曲；任何距离过近的事物都会被它拖入无尽黑暗。

尽管爱因斯坦怀疑黑洞是否真实存在，至少迄今为止还找不出有宇宙学观测证据与之矛盾，而且近几十年来的观测令我们相信，黑洞确实存在。

大型恒星“死亡”所坍塌形成的小型恒星，质量约为太阳质量的10或20倍——LIGO（激光干涉引力波天文台）于2015年检测到的引力波，就是由两个这样的天体合并而引发的“时空涟漪”。而且，几乎在每个星系（包括我们的银河系）中心出现的超大质量黑洞，都拥有数百万至数十亿个太阳质量的“体格”，那些触动引力波的小恒星在它们面前简直是秋毫之末。

2019年的黑洞图像来自室女星系团中的超巨椭圆星系M87，其质量可能达到太阳的65亿倍。事件视界望远镜（EHT）团队使用复杂的信号处理，将来自世界各地射电望远镜的数据组合成M87核心的图像，图片的最终分辨率与地球口径的单个无线电天线相当。

在这张图片中，橙色光环中心的黑暗是黑洞的阴影，被黑洞的引力放大、变形。可周围的橙色光芒到底是什么？一开始没人能真正回答这个问题。

为解析图像，理论派与实验派研究者并肩作战。“我的职责是找到通用语言。”约翰逊表示，他的同事中有黑洞观察者、黑洞模拟器专家、黑洞理论家……但术业有专攻，隔行如隔山，要让大家形成有效沟通非常困难，每一块研究内容都太专业了。

从黑洞视角捕捉宇宙历史

自从M87的黑洞图像问世，物理学家运行了许多关于M87的磁流体数值模拟（GRMHD）——将广义相对论与磁流体动力学相结合，描述围绕黑洞的高温电离气体的行为。每次模拟，科学家都会先做一些可能产生无线电波的假设，接着计算黑洞引力对电波路径的弯曲，最终预测得到黑洞图像。

研究团队发现，EHT照片里模糊的橙色辉光，可能源于大量黑洞引力弯曲电波路径：黑洞以强大的力量映现了电波的形状，而隐藏了真实的发射源。

不过，尽管这些模型无助于寻找来源，却揭示了一些出乎意料又引人入胜的内容。研究团队成员们预测：宽而模糊的橙色光环中应该会有非常明亮的细环。哈佛大学的卢普萨斯卡认为，这首先意味着很多困惑。

几十年前就有人对黑洞发起过探寻。1959年，进化论奠基人查尔斯·罗伯特·达尔文之孙、英国物理学家查尔斯·加尔顿·达尔文就做出了类似预测。他介绍了黑洞周围的宇宙之光如何靠近它、绕着它游走，那些靠得更近、轨道更多的光子将被捕获。后来的工作表明，特定轨道数的光可能会被黑洞压缩成一个细环。这一切都是在表达“黑洞影像不限于宽阔而模糊的橙色光圈，还包含了明亮细环”。

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