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幽龙仔聊科学|我们是如何“看见”黑洞的

黑洞在宇宙中是最神秘的存在之一 。 因为其强大的引力 ， 连光都无法逃脱 ， 以致我们无法看见 。
那人类是怎样一步一步认识黑洞的呢？
早在18世纪80年代左右 ， 就有两位伟大的物理学家 ， 英国的米歇尔和法国的拉普拉斯 ， 他们提出宇宙中可能存在一种引力大到连光都无法逃脱的天体 ， 他们形象地称之为“暗星” 。 可是“暗星”理论在当时并不为世人所接受 。 在18世纪人们甚至连光的本质是什么都没弄明白 。 “粒子说”和“波动说”到底谁对 ， 双方拉锯了一、二百年 。
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时间来到了20世纪初 ， 这个跨世纪的争论最终以双方的握手言和而落下帷幕 。 光既是粒子也是波 ， 这就是波粒二象性 。 得出这个伟大的结论 ， 还得感谢科学巨匠爱因斯坦的贡献 。 既然光可以是粒子 ， 是个实实在在的东西 ， 它就能被吸住、吞噬 。 这大大地促进了黑洞理论 。
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大约10年后 ， 1916年 ， 爱因斯坦发表了著名的广义相对论 。 在广义相对论中 ， 提出大质量天体会扭曲时空 ， 而周围的小天体会围绕这个扭曲的时空慢慢地向大天体靠近 。 这就是对引力的解释 。 如果这个天体的质量足够大 ， 引力强到连每秒30万公里的光都无法逃逸 ， 它就成为了黑洞 。
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广义相对论的横空出世 ， 再一次让学界掀起了一股研究时空的热潮 。
不到一月 ， 卡尔·史瓦西 ， 这位还在俄国前线战壕里的德国数学天才 ， 冒着一战的炮火 ， 计算出了广义相对论中 ， 引力方程的一个特殊解 ， 这个解预示着黑洞 。 他还计算出物体要变成黑洞的临界半径 。 并提出了明确的公式：
Rs=2GM/C^2(G表示万有引力常数 ， M为天体质量 ， C指光速）
通过这个公式 ， 我们得知地球的史瓦西半径大概是10毫米 ， 约一枚硬币大小 。 太阳的史瓦西半径约为3公里 。
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在史瓦西之后 ， 钱德拉塞卡、巴德、奥本海默、约翰·惠勒等 ， 一大批科学家用他们的学识、智慧不断地丰富黑洞理论 。 但是自“暗星”提出到黑洞理论逐步完善 ， 这一二百年 ， 黑洞都只存在于科学家的演算手稿里 。 在现实中并没有实际观测证据 。
1970年 ， “暗星”提出约两百年后 ， 终于有了观测上的间接证据 。
美国宇宙探测器发现天鹅座X-1的射线源异常 。 天鹅座X-1本应该是太阳30多倍的巨大星体 ， 但它被一个看不见的东西牵引着 。 研究后 ， 科学家认为那个“看不见的东西”就是黑洞 。
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我们这一代人是幸运的 ， 可以像孩童一样 ， 让长辈高高地托举起 ， 骑在大人的肩膀上 ， 看远方辽阔而壮丽的美景 。
2019年4月10日 ， 第一张黑洞照片问世 。 这是人类有史以来第一次“看见”黑洞 。
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这张照片是事件视界望远镜拍摄的 。 它不仅仅只是一架望远镜 ， 而是全球的射电望远镜组成的联盟 。 在实际观测中只用了5天 ， 但要把这些信息量巨大的抽象数据“冲洗”出来 ， 普朗克射电天文研究所和麻省理工学院 ， 用超级计算机运算了两年 。
在照片中 ， 我们看到的是M87星系中心巨大的黑洞 ， 距离地球5300万光年 ， 足足是太阳的65亿倍 。 照片中的光圈是黑洞吸积盘在“吃东西、咀嚼”时 ， 摩擦而发出的炽热辐射 。 那由明亮辐射所勾勒出来的轮廓就是科学家魂牵梦绕 ， 为之奋斗了几个世纪的——黑洞 。


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