在黑洞中你會看到什么？

馬庫斯·伍　高鵬

在黑洞周圍，會有某種力量把你拉進去。黑洞的引力毫無疑問是強大的，即使是光也休想逃脫它的魔掌。但是，黑洞中還有另外一些東西，一些我們難以準確描述的東西。也許，正是黑洞那絕對的黑暗以及神秘莫測、無邊無際的深淵挑動著你——或者說強迫著你——斗膽靠近。

進入黑洞的旅行將是一趟單途旅行。一旦你跨過了事件視界，也就是連光也無法逃脫的臨界點，就再也無法回頭了，最可能的結果是你將以一種悲慘的方式死去。好吧，如果這些還無法讓你就此卻步的話，起碼可以先探討一下，如果我們造訪一個黑洞，都可能會看到些什么。

當一顆大質量恒星（質量大概需要達到我們太陽的25倍以上）耗盡它的燃料時，就會因自身的引力坍縮，從而形成一個黑洞。在銀河系的恒星中，大約每1000顆里就有1顆能大到足以制造一個黑洞。銀河系擁有至少1000億顆恒星，這意味著大約有1億個黑洞潛伏在銀河系中。不過，別忘了，太空是浩瀚無比的，即使你以光速旅行，要到達最近的黑洞仍要耗費數千年時間。

但是，就讓我們假設你精通星際旅行，不管你是通過曲速引擎推進也好，還是通過蟲洞也好，總之，你到達了一個黑洞。你會看到什么？

排水口的漩渦

好吧，這些都不是真實發生的。一個孤零零的黑洞，毋庸置疑，它是黑的。如果你圍著它轉上一圈，就會注意到它是球形的，而不像我們平時所見的通常意義上的洞。如果它是轉動的（就像宇宙中的大多數天體都存在某種程度的自轉），那么這個黑洞的赤道將比其兩極更寬，不是一個完美的球形。

然而，更具戲劇性的一幕是，有一個超大質量黑洞就在銀河系中心安了家，其質量幾乎是太陽的400多萬倍。黑洞的引力使得大量氣體和塵埃聚集在它的周圍，這些氣體和塵埃聚集成盤狀，螺旋形運動著進入黑洞——就像是排水口的漩渦。在這些物質被消耗的同時，摩擦會將它們加熱到幾十億攝氏度的高溫，同時產生大量的射線，并發射出能量和帶電粒子。

這個熾熱的圓盤將會相當壯觀。至于黑洞本身，你是無法直接看到的，因為它處在氣體和塵埃的籠罩中。不過，你可以看到黑洞的引力如何使其周圍的光線拐彎和扭曲，從而在環繞黑洞的物質上創造出一個視覺印記——黑洞影子。引力還會扭曲影子本身，使它看上去比真正的黑洞大5倍。

通常來說，我們認為光是筆直向前傳播的——光子風馳電掣、一往無前。但是，在靠近黑洞的區域，強大的引力拉住了光子，使它們繞著黑洞旋轉，形成軌道。在這些光子中有那么一些設法逃脫并到達了你的眼睛（或者望遠鏡），而你看到的，就是一個鑲在陰影周邊的明亮圓環。

與此同時，在物質圓盤的內側，其環繞黑洞運行的速度接近光速。根據愛因斯坦的相對論，如果一個光源向你飛奔而來，那么它會顯得更加明亮。如果你正好在物質圓盤的側面看黑洞，圓盤沖你而來的一側的光芒將更為明亮，從而在黑洞的這一側形成一個明亮的新月形。

明亮且清晰

因此，雖然你不能直接看到黑洞，但你可以看到它的影子，它是被明亮的圓環和新月形的光包圍著的。一些研究人員擔心，從圓盤中噴出的氣體、塵埃和帶電粒子可能會使得這戲劇性的一幕變得模糊。為了準確地預測出黑洞影子的模型，研究人員創建了一些最為精確的計算機模型，綜合了所有環繞黑洞的氣體和引力可能造成的物理現象。

美國亞利桑那州立大學的天體物理學家費里歐·奧澤爾說，結果證明，景象依然是明亮而又清晰的。他們制作了一些非常棒的影像，但更重要的是，他們幫助天文學家預想出了當真正觀測到銀河系黑洞的影子時，會看到什么。

通過將世界各地現有的多達11個天文望遠鏡的觀測能力結合在一起，天文學家第一次創造了一個巨大的、地球大小的觀測儀器，以觀察黑洞的影子及其特征性的月牙和圓環。奧澤爾說：“我們將看到一個圓環，一個一邊比另一邊更為明亮的圓環，這正是我的希望與夢想。”

這個行星大小的望遠鏡被稱為事件視界望遠鏡，將動用從南極一直到智利的觀測設備，并使用超級計算機來處理大量的數據。“這將使我們得到一個比已知所有望遠鏡的放大倍數都要高的放大倍數。”領導這一項目的麻省理工學院天文學家舍普·多爾曼說。他還解釋說，要想從地球上看清黑洞的陰影，就相當于要從地球上看清月球上的一個柚子。

被撕成碎片

2015年春天，研究人員已經把7個望遠鏡連接在了一起，準備開始觀測。到2017年，他們希望所有的望遠鏡都能到位，屆時人們將能夠直接看到一個黑洞。事實上，獲取到的黑洞圖像將是開創性的，它將為黑洞的確存在提供最強有力的證據（到目前為止，所有的證據都還只是間接證據，比如銀河系中心黑洞的引力對附近恒星的影響）。物理學家也將能夠對一個黑洞周邊究竟發生著什么進行有史以來最為細致的觀測，并且能夠對愛因斯坦相對論錯綜復雜的細節進行檢測。

但是，也許僅僅一個影像還是不夠，你仍然想進入黑洞內部。很不幸，物理學家對將會發生些什么也不是十分確定。按照常規的假設來說，你會被擰成意大利面條。如果你的腳先跳進黑洞，那么你的腳將會感受到比頭部強大得多的重力。隨著你接近黑洞，你的腳和頭所受引力的差別會越來越大，直到你被撕裂。很快，這一重力潮汐，正如它的名字一樣，會將你身體的每一個細胞、每一個分子、每一個原子撕成碎片。

根據數學計算，如果黑洞相對較小（質量只有太陽的幾十倍大小），那么你被擰成意大利面條的過程會在你穿越事件視界之前很早就發生了。而如果這個黑洞是巨大的，達到太陽質量的幾十億倍，那么你會很安全地穿過事件視界，而你被擰成意大利面條的過程，會在你穿過事件視界之后才發生。

但是，在2012年，當嘗試弄清楚物質在進入黑洞后是否會永久消失時，約翰·普金斯基和其他物理學家意識到，你的命運還有其他的可能性。他們說，根據量子力學理論，事件視界會變成一個巨大的火墻，一旦你穿過事件視界，它會把你燒成灰燼。你甚至根本沒有被擰成意大利面條的機會。

很多物理學家不認同這一觀點。因為根據愛因斯坦的廣義相對論，一個人在掉進事件視界時不會感到有什么異常，只是飄浮在空中而已。這個火墻將違反等效性原理，而這是物理學家不愿意輕易放棄的、極其重要的原理。因此，他們嘗試了一個又一個想法，試圖解決已經眾所周知的“火墻悖論”。但是直到現在，人們還是沒有達成任何共識。

為了能夠一勞永逸地弄明白黑洞里都發生了些什么，也許你不得不到某個黑洞里走一趟。但問題是，你進入黑洞以后，就再也無法告訴任何人你都看到了些什么了。