黑洞的200年传奇：从想象的存在，到存在的照片

2024-05-21 15:06:26

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“大锤说史”

感谢各位读者老爷的一路支持！虽然

名字不“BT”了，但是内容依旧“BT”！

北京时间4月10日21时，一场全球新闻发布会正式公布了人类历史上首次直接拍摄到的黑洞照片。这件人类空间探索史上的里程碑事件，以及后续连带的，国内某图片网站围绕黑洞照片的侵权与维权的争论，成为这几天的舆论焦点。

对于新闻事件本身，咱们作为一个讲史栏目，在此大锤不加赘述。不过在这里，大锤仍要恭喜列位读者听友，这其中也包括大锤自己，因为咱们确实非常幸运，成为了人类历史上也可能是太阳系历史上第一批亲眼见证黑洞真容的吃瓜群众，这是名副其实的亲历历史、见证历史。

所以，本期的大锤说史，咱们就从这件事生发开去，向列位简单介绍，人类对黑洞的200多年的研究史，以及这段200年历史背后的人类传奇。

我们现在所说的黑洞，令人印象最深刻的概念，就是黑洞吞噬一切，连光线也一并吸收。而这次人类拍摄的黑洞照片，准确来说并不是黑洞本身，因为黑洞把光线都吸收进去了，而光是我们看到物体的媒介，在黑洞那里，光都没了，人类自然是看不到的。

但是黑洞会吸收恒星的气流，在周围形成一个转动的气体盘，而且气体在被黑洞吸入时因为气体盘转动的缘故会出现一部分喷流，这些运动会出现较为明亮的光与辐射，这就能够被我们人类拍摄到了，因此这次的黑洞照片，实际就是目前为止人类能够看得见的黑洞的最近的边缘。

在历史上，人类对黑洞能够吞噬光线特性的最早认知，早在公元18世纪晚期就已经出现了，这距今已经有230年以上的历史。不过在那个时候，科学家提出的概念是，宇宙中可能会存在一种天体，它在密度与太阳相同的情况下直径比太阳大几百倍，它的逃逸速度可能会超过光速，也就是可以把光都吸进去的“黑暗星球”。

当时的科学家们是根据牛顿的万有引力理论提出这一概念的。而牛顿这些理论对解释某些天体运行时有一定偏差，因此这些“吸光的黑暗星球”没有继续下去。

到了1915年爱因斯坦提出广义相对论之后，科学家们很快就意识到，广义相对论在把握黑洞相关概念方面，是更有效的工具。就在这一年年底，德国物理学家史瓦西根据爱因斯坦提出的广义相对论中的方程，计算出了爱因斯坦方程的第一个星体静态精确解。

但是这个解由此引申出来一种极端状态下的可能性，那就是：一个天体如果质量足够大，它的逃逸速度将超过光速，这意味着包括光速在内，没有人能够逃离它，这就是广义相对论基础上的黑洞概念雏形。

而且史瓦西还提出了一个数值，并称为史瓦西半径，小于这个半径的天体即可视为黑洞。这是一个什么概念呢，按照现代天文学家的解释，如果把我们生活的地球压缩成黑洞，要把12700多公里直径的地球，压缩到我国一分钱硬币大小。

这里大锤要说一下，盘点人类关于黑洞的研究史，有两大特点。其中一个特点，在爱因斯坦和史瓦西身上体现得特别明显，这就是“事业并非由我亲手实现”，而是“事业因我而最终实现”。

也就是说，在黑洞研究史上，那些有重要贡献的人，常常并没有等到黑洞存在得到科学验证的那一天，但是他们仍旧为验证黑洞的存在而做出了历史性的贡献。

比如史瓦西，他虽然是德国科学院院士，但是在第一次世界大战中，他加入了德军参战，他为爱因斯坦方程计算出的精确解，是在炮火连天的东线战壕里面求出来的，他在寄给爱因斯坦的信中还提到“重机枪扫射的枪声干扰思路”。

作为对黑洞概念具有重大贡献的科学家，史瓦西甚至没有没来得及意识到同时也没有看到，自己在方程中求出的数学解，在现实世界中会以黑洞的方式存在。

因为就在相关论文发表之后半年，史瓦西就因病去世了。而且当时怀疑黑洞是否存在的科学家大有人在，即便是黑洞理论诞生的基石——广义相对论的作者爱因斯坦，也曾经一度对史瓦西求出的这个方程解代表的黑洞概念持怀疑态度。

但是请注意，尽管如此，这仍不妨碍我们在拍摄到黑洞真容的今天，把这次拍摄成功视为爱因斯坦的又一次胜利。这是因为，黑洞理论正是在爱因斯坦提出的广义相对论的基础上提出的。

到了20世纪六七十年代，黑洞的概念正式提出，其相应的理论也终于成型了。到目前为止，对于黑洞的产生和种类也有多种解释，从科普角度来说，我们大致可以把黑洞理论简单理解为：

每一颗星体都有它的寿命。当一颗恒星（比如太阳）衰老时，它的持续热核反应，消耗了星体内部的燃料，燃料和能量耗尽的恒星，再也无法支持其外壳的巨大重量。

于是在外壳的重压之下，恒星开始向其内部的中心点无限塌缩，直到最后，形成体积接近无限小、密度却几乎无限大的星体。而当它的半径一旦收缩到史瓦西半径程度以后，即使光线也无法逃逸，到了这个时候，“黑洞”就诞生了。

纵观黑洞的研究历史，我们还会发现第二个特点。那就是关于黑洞的存在，它首先是在人类的方程计算和大脑思考中，在得到科学验证之前，它就已经形成并发展了，哪怕历史上的人们一度无法理解它在现实中存在，但是方程计算和理论建构明明白白预言了它确实存在。

而最后经过一百年甚至两百年的科学研究和探索，黑洞最终证明了自己的存在，也证明了人类前赴后继的这些计算与思考是正确的。

无论是爱因斯坦还是史瓦西以及奥本海默、霍金乃至黑洞名称的提出者约翰·惠勒，他们都没有等到黑洞照片问世的这一天。但是他们用自己的伟大贡献，在人类探索无限宇宙的过程中，证明了人类智慧蕴含的无限可能。