黑洞，我要超越時(shí)空見到你

唐尚明

北京時(shí)間2019年4月10日晚上9點(diǎn)，人類歷史上第一張黑洞照片橫空出世。

這張照片震撼了全世界。隨著這張照片的公布， 90后小姐姐凱蒂·布曼的名字和她青春靚麗的笑臉被推特、臉書和全球新聞網(wǎng)站瘋傳，刷爆了中國網(wǎng)友的朋友圈。是她開發(fā)了一種關(guān)鍵算法，也是她帶領(lǐng)算法團(tuán)隊(duì)歷時(shí)兩年，處理了由兩百多名科研人員歷時(shí)十余年、從四大洲8個(gè)觀測點(diǎn)“捕獲”到的重達(dá)半噸的硬盤數(shù)據(jù)，“洗”出了這張照片。

與陽光下的影子有一個(gè)時(shí)空差

凱蒂·布曼從小生活在一個(gè)知識分子家庭，父親是普渡大學(xué)的工程學(xué)教授。受父親的影響，她從小就對科學(xué)有著濃厚的興趣。

小凱蒂最喜歡玩的，是和爸爸媽媽一起在陽光下追影子的游戲。可不管是空手徒步追趕，還是揮舞棍子騎車追趕，小凱蒂總是追不上。爸爸面對氣喘吁吁的凱蒂說：“凱蒂，你瞧，不管你跑得有多快，你和陽光下的影子總有一個(gè)時(shí)空差，你怎樣才能趕上這個(gè)時(shí)空差呢，能不能想想辦法？”凱蒂停止了追趕，大眼睛一眨一眨的。忽然她掏出了身上的小鏡子，然后利用太陽的反光開始追影子，這下該輪到爸爸媽媽氣喘吁吁了，凱蒂卻站在原地轉(zhuǎn)動(dòng)著小鏡子，樂得哈哈大笑。

爸爸停下來說：“凱蒂，我們投降，光每秒鐘能跑三十萬公里，我們怎能跑得過它呢！”

“爸爸，光跑得這么快，那沒有什么能捕捉到它了吧？”凱蒂的問題立馬就來。

“哦，不！凱蒂，宇宙中還有一種天體，叫黑洞，黑洞就是光的克星。”

“黑洞，什么是黑洞？”凱蒂好奇地問。

“黑洞是恒星在核聚變光能耗盡后，發(fā)生坍縮而形成的。黑洞的引力極大，連宇宙中速度最快的光都無法逃脫。”

連光都無法逃脫的黑洞到底是什么樣的呢？凱蒂真的很想看一看。于是，一顆夢想的種子便植入了小凱蒂幼小心靈的深處。

同宇宙黑洞打了一個(gè)時(shí)空差

2007年，也就是凱蒂上高中的時(shí)候，她首次聽說了視界望遠(yuǎn)鏡，聽說了地平線望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃（EHT）小組，這個(gè)國際研究小組利用一個(gè)“虛擬如地球一般大的望遠(yuǎn)鏡”對室女座一個(gè)名為M87的黑洞進(jìn)行探測。于是，她申請加入了普渡大學(xué)的計(jì)算機(jī)成像研究，正式開始了她探索黑洞的科學(xué)之旅。

高中畢業(yè)后，她考入密歇根大學(xué)學(xué)習(xí)電氣工程，并以最高榮譽(yù)身份畢業(yè)。之后她進(jìn)入麻省理工學(xué)院，并相繼攻讀電氣工程碩士與博士學(xué)位。

臨近畢業(yè)的一天，凱蒂身背相機(jī)陪全家人在太浩湖游玩，父親隨手撿起身邊的一顆石子拋向湖里，平靜的湖面頓時(shí)蕩起了一圈圈美麗的漣漪，凱蒂對著湖面按下了快門。父親開玩笑說：“拍下我們能看得見的漣漪不算本事，要是你能把那已經(jīng)入水看不見的石子的模樣拍出來就了不起了。”

“是嗎？”凱蒂正在考慮撰寫畢業(yè)論文，父親的話引起了她的思考。她想：石子已經(jīng)入水了，能否利用我們尚能看見的漣漪來重構(gòu)石子的模樣呢？于是，凱蒂利用自己學(xué)到的計(jì)算機(jī)成像知識，開始做起了研究，并成功地撰寫了論文《動(dòng)態(tài)觀察評估物體的材料性狀》。這篇論文獲得了恩斯特·吉爾明獎(jiǎng)，論文中提出的根據(jù)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)重構(gòu)成像的CHIRP算法，引起了美國天文學(xué)界的注意。因?yàn)椴煌奶煳耐h(yuǎn)鏡收到的兩股無線電波相遇，就起了漣漪，學(xué)名叫做“干涉”，而根據(jù)凱蒂提出的理論就可以依靠“干涉”來重建黑洞身影。

凱蒂畢業(yè)后進(jìn)入哈佛大學(xué)攻讀博士后，也正式加入到地平線望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃（EHT）團(tuán)隊(duì)，開始利用分布在全球各地的射電望遠(yuǎn)鏡收集到的海量天文數(shù)據(jù)，來揭開黑洞神秘的面紗。但硬盤里的數(shù)據(jù)不僅僅是黑洞，還包含天空中各種復(fù)雜、凌亂的數(shù)據(jù)。

不僅太空情況復(fù)雜，而且地球有厚重的大氣層，無線電波穿過大氣層的時(shí)候，速度也會(huì)變慢，于是各條電波便有了時(shí)空差，時(shí)空的測定也就不夠準(zhǔn)確了。重建黑洞照片，最重要的就是消除這個(gè)時(shí)空差。凱蒂團(tuán)隊(duì)被這個(gè)問題困擾著，她又想起了和爸爸在太浩湖邊拋石子玩的場景，她想：“像三顆石子激起的三圈漣漪相碰撞一樣，如果每一個(gè)測量值，都是三臺(tái)望遠(yuǎn)鏡 （而不是兩臺(tái)） 相乘的結(jié)果，大氣帶來的誤差不就能相互抵消嗎？”

算法有了，但足有半噸重的硬盤數(shù)據(jù)處理起來，工程量還是太大了，凱蒂跟其他三名研究人員在逼仄的辦公室里，夜以繼日地工作了一年多。這個(gè)房間里的所有工作內(nèi)容都是嚴(yán)格保密的，煩惱和壓力不能向任何人傾訴，日復(fù)一日地敲鍵盤、寫代碼，枯燥、單調(diào)而又希望渺茫……

去年6月的一天，數(shù)據(jù)處理進(jìn)入決戰(zhàn)階段。因?yàn)槭∵^太多次了，大家也沒怎么抱希望。凱蒂以為，可能跟以往一樣，會(huì)在屏幕上看到一個(gè)黑斑。

一行行代碼在電腦上快速滾動(dòng)著，凱蒂緊盯著計(jì)算機(jī)屏幕，按下“go”鍵，突然，一張清晰的黑洞照片出現(xiàn)在她的面前，她情不自禁地叫出聲來：“真是難以置信！我們與黑洞打贏了這場時(shí)空差！”

這位年輕美麗的女科學(xué)家，這位算法團(tuán)隊(duì)的組織領(lǐng)導(dǎo)者，激動(dòng)地十指交叉捂住自己的嘴巴。她是那樣興奮，旁邊的同事被深深感染了，情不自禁地將這一刻抓拍定格。

和成功永遠(yuǎn)有一個(gè)時(shí)空差

喜訊正式公布后，凱蒂才在自己的推特上貼出了這張實(shí)驗(yàn)室工作照，旁邊的電腦屏幕上，呈現(xiàn)的正是那張環(huán)繞著橘色光亮的黑洞照片。

全世界的目光立即聚焦，聚焦在那一幅之前被認(rèn)為是看不見的黑洞照片上，凱蒂也以光一般的速度迅速走紅。凱蒂的算法讓全球人民得以一窺黑洞的真實(shí)面目，該圖像在極端環(huán)境下進(jìn)一步驗(yàn)證了愛因斯坦的廣義相對論，這是世界天文學(xué)史上的一大奇跡，也是本世紀(jì)最重大的科學(xué)突破。

美國第一女兒伊萬卡·特朗普分享了凱蒂的成就，她說：“今天，全世界第一次看到了黑洞的圖像，這是科學(xué)家凱蒂·布曼創(chuàng)造的驚人成就。恭喜！”著名演員索菲亞·布什在推特上寫道：“凱蒂·布曼，這一定會(huì)是一個(gè)家喻戶曉的名字。讓我們?yōu)镾TEM領(lǐng)域的女性歡呼吧！”

各大新聞媒體記者都要求采訪這位年輕的90后科學(xué)家，但都被凱蒂一一謝絕了。她在臉書的一篇帖子中說：“這幅圖像不是由一個(gè)算法或一個(gè)人完成的，它需要來自世界各地的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的驚人才能和多年的艱苦工作。儀器開發(fā)、數(shù)據(jù)處理、成像方法和技術(shù)分析，這些都是完成這一看似不可能的壯舉所必需的。我只是很幸運(yùn)，能有機(jī)會(huì)與我們團(tuán)隊(duì)所有人一起工作。”