黑洞照片公布之前,你脑海里的黑洞是他设计的(组图)

SME科技故事 0



人类拍摄的第一张黑洞照片振奋面世。

周围一圈亮橙色的模糊光环,映衬着一片黯淡的黑洞。

其实早在电影画面中,就透露出人类尝试一窥黑洞真容的幻想。

在这张历史性的照片出来之前,人们就绘出了不少具有个人想象特色的黑洞作品。

其中最熟悉的一副图像,莫过于电影《星际穿越》中的黑洞形象。





最新拍摄的M87星系中心超大质量黑洞(上)与《星际穿越》中的黑洞(下)

 

无论是通过事件视界望远镜拍摄,经过“冲洗”两年才面世的真容,还是电影中的科幻构想,都有一个共同点。

黑洞吞噬了一切光源辐射,本身并不能反射光线。

而周围却形成一个强大的引力场,作为人类观测的“事件视界”,也就是黑洞的边界。

于是依靠附近一圈光亮,人们实现了“看见”黑洞的跨时代成就。



电影画面中呈现的黑洞边界

黑色本是无法观测,人类却通过光亮的衬托,实现了对黑暗的洞悉。

这发亮的引力场是一个吸积盘,映衬着其中的黑洞则是人类两百年来的向往。

实际上人类为了探索黑洞,早已耗费许多时间与精力。

自从18世纪末,英国科学家约翰·米歇尔首次提出宇宙中可能存在引力强大的“暗星”。

人类从未停下对其追逐探索的步伐。



约翰·米歇尔

直到2015年,人类才攀上了黑洞研究的一个高峰。

这一年,美国理论物理学家基普·索恩开创了引力波探测的新纪元。

索恩记录到在13亿光年之外的地方,有两个黑洞发生了剧烈的碰撞。

这次碰撞产生了可以被检测的特征信号,形成引力波。

这股引力波恰好被索恩等人搭建的引力波观测平台记录了下来。

照此思路,通过探测引力波的存在并进行详细分析,或许可以发现其他黑洞的具体位置。



基普·索恩


这可谓人类朝着宇宙黑洞迈出的一大步。

2017年,基普·索恩凭借对引力波探测平台的开创性壮举获得了诺贝尔物理学奖。

索恩对于黑洞的探索逐步迈进,同时他也转向将黑洞概念传播给普罗大众的科普工作。

2014年《星际穿越》中给人留下深刻印象的黑洞形象,就是根据索恩的构想创造的。

当时电影中的黑洞未必与真实一致,却为人们揭开了黑洞的神秘面纱。




电影片段

在浩瀚宇宙当中,神秘的黑洞早已是人类太空事业上一项悬而未决的伟大议题。

强烈的好奇指引着人类不断推进探索进程。

而基普·索恩就是这趟探索征程上一位强有力的助推者。

他为人类给出了一份黑洞可视化的实现方案。

他用实际研究告诉人们,神秘而遥远的黑洞是可以被人类看见的。



追溯起来,基普·索恩的人生就在不断与黑洞缔结下密不可分的纠缠。

他在一个以学术为中心的家庭环境中长大。

父亲是土壤化学家,母亲是经济学家。

他的四个兄弟姐妹中还有两个也成为了教授。

而索恩则早就对天体物理学领域展露出的天赋和浓厚的兴趣。




年轻时的索恩


年仅8岁,他就制作出一个比较合理的太阳系模型。

而此前他只是参加了关于太阳系的讲座。

随后他便和母亲一起完成一些计算工作,开始制造模型。

这股对科学的热忱一直支撑着索恩拿到加州理工学院的学士学位和普林斯顿大学的博士学位。



 
在博士学位就读过程中,他的指导教授就是约翰·惠勒。

惠勒可谓是带领人类看向黑洞的第一人。

1967年,他在一项会议中首次将“黑洞”一词作为科学术语提出。

充满着黑暗与神秘的太空力量吸入一切光电辐射,也吸引着遥远的地球人。

 



约翰·惠勒


在浩瀚的宇宙中,存在着无数颗历史悠久的恒星。

历经宇宙耗竭或灾难,它们也就成了黑洞的候选者。

当恒星的生命周期走到了命悬一线的尽头,将面临星球内引力坍塌的局面。

整个星球的重力消散而去,最终消陨成一个具有恒星质量的黑洞。



黑洞运动想象图


形成黑洞后,它继续从周边环境吸收着能量,并与其他黑洞合并。

而落在黑洞上的物质,则形成一个具有极高热量的外部吸积盘。

由于受热和可见光的辐射,吸积盘发出光亮,形成识别黑洞的辅助工具。

这股辐射光亮就成了人类观测宇宙黑洞的最大希望。

 



电影截图


早在18世纪,就有科学家考虑到宇宙中可能存在黑洞。

但在此之前,人们还用着“重力完全坍塌的星球”来形容这个宇宙现象。

人类对于黑洞只有一个模糊的概念幻想。

甚至连黑洞是否存在,都还是个充满争议的议题。

 



电影截图

在惠勒的指导下,索恩也深受黑洞理念的影响。

在此基础上,他开始尝试计算黑洞形成最初和最后之间,到底有多少物质被吸进了黑洞。

这个数值又可以推算出黑洞的熵值,也就是量度黑洞的混乱程度。

通过一系列的研究,他首先提出一个经历了内爆的物质会坍塌成具有事件视界的黑洞。

这就是著名的黑洞环猜想理论。

在后来的《星际穿越》拍摄中,索恩把这一科学理念用于指导,构造出一个既美妙又接近现实的黑洞形象。



为电影进行详尽计算


同期,斯蒂芬·霍金也同样致力于研究宇宙与黑洞的奥秘。

他提出许多前瞻性的黑洞理论,逐渐塑造了人类的宇宙观。

而一些深刻的理论引人深思,直到现在还没能得到证实。

霍金和索恩两人无论是事业还是生活中都一拍即合,成为了好朋友。

他们还经常就黑洞的问题半开玩笑半认真地打起各种奇怪的赌注。




霍金与索恩同框


1972年,美国天文学家用X射线探测器发现在天鹅座上有一个强X射线源。

射线源辐射强度之大让人联想起早前的黑洞猜想。

这个射线源被命名为天鹅座X-1,这极有可能就是一个黑洞。

它当即成为人类发现的第一个黑洞候选体。

但当时还没有方法能为它验明正身,在科学界已经引发了不小的争论。

其中,霍金还为此和索恩打了一个赌。



天鹅座X-1强辐射源


 

霍金爱好打赌的事实在科学界几乎人尽皆知。

他和索恩更常常是一对赌局老对头了。

这一次,他们就关于天鹅座X-1究竟是不是真的黑洞打起了赌。

索恩认为天鹅座X-1就是一个黑洞,而霍金认为不是。

被豪掷赌桌的赌注,是一年的成人杂志《阁楼》。

 



《阁楼》杂志封面局部


时隔20年,才有充足的观测数据证明天鹅座X-1的确是一个黑洞。

索恩赢得了赌局,也获得霍金为他奉上订阅一年的成人杂志。

而霍金虽然输了这场赌局,人类却因此距离揭开黑洞神秘面纱又近了一步。

常赌输的霍金站在人类发展的正面,却把赌局立场放在对立面。

这样一来,赌输的是霍金一人,赌赢的是全人类。

霍金似乎无论如何都不算输,但索恩固然是最大的赢家。

 



索恩对于黑洞的研究孜孜不倦,除此之外,他还不止囿于黑洞。

他在1988年发表了一篇引起广泛轰动的论文。

论文中提出,人类或许可以利用虫洞进行时空穿梭。

这一理念的提出彻底开拓了人类对于宇宙的认知。

索恩把当前研究与想象结合,打通了一道“时空隧道”。

 



虫洞是早已经提出的一种类似黑洞的宇宙现象。

不同的是,虫洞具有两个出口。

经由一个口进入,再从另一个口出去,就完成一次时空穿梭。

相当于一个穿孔的苹果,要从一个开孔处走到另一个开孔处有两种方法。

一种是绕苹果外围走过去,路程较远,耗时较多;另一种是直接从洞口穿过去,显然更快捷。

虫洞就是采用了一种节省时间的方式,也就变相偷走了时间,完成穿越。

 



虫洞构想图

索恩认为,宇宙中或许就存在许多这样的穿孔苹果。

通过穿行虫洞,也就实现了时空穿梭。

但在目前的科研中尚未在宇宙中找寻到虫洞的迹象。

这与早期黑洞的迷茫局面颇有相似之处。

 



2009年,他辞去加州理工学院的教授职位。

但即便如此,他的科研并没有停下。

他反而开始投身入艺术领域,将科学与艺术结合,开发出优质的科普作品。

《星际穿越》就是其中一部著作。

索恩把自己对于黑洞与虫洞的研究应用于作品,构想出尽可能接近现实的科幻实体。

 



电影中的虫洞

2019年4月10日,人类用事件视界望远镜奉上第一张黑洞照片。

从猜想到证实存在,再到人类亲眼目睹,一步步的历程都是无数科研工作者的伟大接力与创造。

而索恩关于利用虫洞穿梭时空的构想,终有一天是否也会呈现在人们眼前?

 

*参考资料


Kip Stephen Thorne. Wipedia.

Kip S. Thorne. Famous Scientists.

Marcia Wendorf. The "Interstellar" Contributions of KipThorne[J]. Interesting Engineering, 2019.03.27.

专访基普·索恩 | 虫洞、时间旅行和其他[J]. Newton-科学世界, 2014.11.18.

诺奖获得者基普·索恩:引力波是探索宇宙的理想工具[J]. 网易科技, 2018.11.04.

Gautham Shenoy. Gravity’s Poet: Kip Thorne continues to help usexplore the warped side of our universe[J]. Factor Daily, 2018.01.13. 阅读原文

文章来源: 留园 查看原文
https://www.6parknews.com/newspark/view.php?app=news&act=view&nid=351745
分享文章:
还没有评论
登录后发表评论
返回 到顶部