昨天的黑洞首秀没看懂怎么办？

（图源：事件视界望远镜团队）

撰文 | 王善钦

昨天，全球六地同步公布第一张黑洞“照片”，引起了媒体的新一轮刷屏和PS狂潮。小赛在第一时间奉上了解读文章，但在昨天文章的留言区，好多小伙伴表示：看不懂……

所以，今天我们奉上“你能看懂的”黑洞科普。

Q1：什么是事件视界？

所谓“事件视界”就是黑洞的“表面”。从这个表面往内，啥都看不到，里面发出的任何电磁波（含可见光，无线电波/射电波）都无法逃出，所以一片黑。从这个表面向外，电磁波可以看到。

事件视界面不是物质构成的表面，只代表了黑洞的“势力范围”。

如果把地球压缩为一个黑洞，那它的“事件视界”的半径只有三厘米。

（图源：）

Q2：视界以内是什么？

每个黑洞的视界以内都几乎完全是空的，只包裹着一个质量很大、体积理论上为无穷小的点，后者被称为“奇点”。这就像完整的西瓜皮包裹成的圆球里，除了一个西瓜子之外，全是空的。

Q3：照片里到底是什么？

事件视界望远镜用分布在世界上的多台射电望远镜联合观测，形成一个基线几千公里的射电望远镜“干涉仪”，观测到的是星系中心超大质量黑洞附近的物质辐射。

所以，准确说，这是黑洞周围物质的照片，而不是黑洞照片。黑洞不发出辐射（霍金效应导致的黑洞蒸发在观测上可以忽略不计），无法成像。

Q4：这个观测的重要意义是什么？

这个观测首次直接探测了黑洞周围物质的辐射，可以对这些物质以及里面的黑洞的性质进行深入研究。

说这个成果验证了爱因斯坦的广义相对论，显然言过其实。因为相对论已经被验证过无数次了黑洞表面2地动天惊免费，并不是第一次被验证。黑洞也被间接方法确认过很多次——最近几次是黑洞并合产生的引力波与数值模拟高度符合。

另外，爱因斯坦的原始理论里，也没有黑洞周围物质特征的计算，那是后人根据爱因斯坦的理论进一步计算得到的。

Q5：照片里的黑洞的周围是红色的？

你们看到的颜色不是真的颜色，因为那是射电波，没有颜色。天文学家用颜色来描绘，是“伪色成像”。

Q6：黑洞的质量和密度是怎么算出来的？

离黑洞较远的地方，感受到的引力，和里面不是黑洞时感受到的引力基本上是一样的，所以用牛顿力学就可以计算出黑洞的质量（只需要知道周围环绕的恒星的运行周期等数据就可以做到）。

至于黑洞的密度有多大，看你怎么定义黑洞的大小。如果把黑洞定义为奇点，那密度就是无穷大。如果定义为事件视界以内的体积，那黑洞密度也不算太大。用后一种定义，质量越大的黑洞，密度越小，甚至可以小于水的密度。

Q7：为什么这张照片没有《星际穿越》里那张黑洞清晰？

《星际穿越》里的黑洞是计算机模拟图，而这次这个是实测遥远的黑洞，清晰度受到影响。

Q8：谁第一次提出“黑洞”？

第一个提出黑洞概念的是几百年前的英国科学家米歇尔，他在1784年提出了“暗星”这个概念。后来法国科学家拉普拉斯也独立提出来这个概念。现代意义上的黑洞是爱因斯坦广义相对论的必然推论，虽然爱因斯坦至死都不接受这个东西。

黑洞作为一个名词正式出现，常常被认为是美国物理学家惠勒提出来的，当时爱因斯坦已经去世十几年。不过实际上，这个词在此前就有人提出了，并在1963年首次出现在出版物上面。1967年12月，在惠勒的一个讲座上，一个学生建议了“黑洞”这个名词，惠勒采用了，此后迅速流传。所以惠勒是将黑洞这个词发扬光大了，而不是创造出黑洞这个词。

如果你对惠勒不熟悉，那应该知道他的学生费曼（费恩曼，费因曼），他是史上最爱吹牛恶搞的物理学大师。他在造原子弹时期，凭借高超智力把办公地点里的保险箱祸害了个遍。

Q9：这次被“爆照”的这个黑洞是怎么来的？

远古时代（一百多亿年前）的小星系里的一些大质量恒星会迅速演化，最终塌缩为黑洞。此后，多个小星系先后并合为大星系，如银河系、仙女星系、M87，等等；原来的小星系里面的黑洞也因此会并合成大黑洞。同时，黑洞不断吞噬周围物质。这两个因素导致黑洞质量迅速变大，最终形成M87里这个65亿太阳质量的巨大“魔兽”。

我们银河系中心也有一个超大质量黑洞，质量为400多万个太阳质量，比起这次公布的M87中的黑洞小得多，千分之一都不到。

2015年1月5日探测到的银河系中心的黑洞（ A*）附近的很不寻常的明亮的 X 射线闪耀。（图源：NASA/CXC// et al.）

Q10：相关论文发在哪里？

6篇相关论文都发表在美国天文学会的杂志《天体物理学快报》（ApJL）上。（点击“阅读原文”直接跳转）

一般情况下，这个杂志的论文要隔一年多以后才可以免费下载（比《自然》杂志永远不能免费下载，那可是好得多）。但这次，这个杂志将几篇文章设置为“开放获取”，可以立即免费下载。这可能是因为作者多给了版面费，替读者掏了钱（这种情况不少见）黑洞表面2地动天惊免费，也可能是杂志主动设置。

这么重要的成果，为什么不投《自然》或者《科学》？我之前就说过，并不是所有顶尖成果都要投这两家啊。尤其是老外，没那么崇拜这两家杂志。（详见 争议 | 如何看待科研圈对顶级期刊的狂热崇拜？）

这并不是这个杂志第一次为一批论文同时采用开放获取模式。2017年，双中子星并合事件被探测到之后，这个杂志搞了个特刊，刊登了二十多篇或者更多的相关论文，也是开放获取。但那次依然有十几篇论文发在了《自然》和《科学》。

本文到此结束，希望对大家有所帮助。