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【特刊】“黑洞”获诺奖意外吗?

2020/10/19
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原来是这样 Dscience

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左文文
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旭东:就2020年诺贝尔物理学奖颁发给黑洞研究的背景、意义以及获奖者的贡献进行探讨。 左文文:首先对诺奖结果表示意外,但细想也合乎情理,因为获奖研究具有原创性,拓展了人类对黑洞的认知。诺奖连续两年颁给天体物理学领域实属罕见,但去年关注的是宇宙学极大和系外行星极小,今年关注的是黑洞的极致密,两者侧重点不同。 彭罗斯的工作主要在理论层面,他基于广义相对论,用数学几何的方式证明了黑洞的形成是自然的,这与史瓦西的工作有所不同,史瓦西证明了黑洞的存在,而彭罗斯证明了黑洞的形成过程。彭罗斯的工作还拓展到其他领域,例如旋转黑洞的能量提取机制、彭罗斯镶嵌等,体现了他独特的几何思维。 根泽尔和盖兹的工作主要在观测层面,他们通过红外望远镜和自适应光学技术,对银河系中心区域进行了长达20多年的观测,最终确认了超大质量致密天体的存在。他们利用恒星(如S2星)的运动轨迹,类似于计算太阳质量的方法,计算出了银河系中心黑洞的质量。 关于银河系中心黑洞照片的拍摄,其难度大于M87黑洞照片,因为银河系中心黑洞较小,光变时标更短,数据处理难度更大。 黑洞可根据质量分为恒星级黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞,但分类并非严格,且不同类型黑洞的形成机制可能不同。超大质量黑洞的形成机制仍是未解之谜,可能并非仅仅是恒星级黑洞的逐渐合并,宇宙早期的一些超大质量黑洞的形成速度难以解释。 研究黑洞对于理解宇宙的起源和演化至关重要,因为黑洞的质量与星系的质量存在关联,类星体作为活跃的黑洞,也为研究宇宙历史提供了重要的线索。 左文文:2020年诺贝尔物理学奖授予黑洞研究人员在意料之外,但也在情理之中,因为其研究具有原创性,并拓展了人类认知。 诺贝尔物理学奖连续两年颁发给天体物理学领域,打破了以往的常规,但今年的研究侧重点与去年不同,去年关注宇宙学极大和系外行星极小,今年关注黑洞的极致密。 2020年诺贝尔物理学奖可分为两部分,一部分表彰彭罗斯对黑洞形成的理论贡献,另一部分表彰根泽尔和戈兹对银河系中心超大质量致密天体的观测贡献。 诺贝尔奖委员会用“致密天体”而非“黑洞”来描述银河系中心的天体,体现了其严谨性,因为只有直接观测到才能确定其为黑洞。银河系中心黑洞照片的公布,将有助于将“致密天体”的描述改为“黑洞”。 罗杰·彭罗斯在1965年发表的论文,基于广义相对论,用数学几何的方式证明了黑洞的形成是自然的。这与史瓦西的工作有所不同,史瓦西证明了黑洞的存在,而彭罗斯证明了黑洞的形成过程。彭罗斯的工作还拓展到其他领域,例如旋转黑洞的能量提取机制、彭罗斯镶嵌等,体现了他独特的几何思维。 根泽尔和盖兹通过红外望远镜和自适应光学技术,对银河系中心区域进行了长达20多年的观测,最终确认了超大质量致密天体的存在。他们利用恒星(如S2星)的运动轨迹,类似于计算太阳质量的方法,计算出了银河系中心黑洞的质量。 关于银河系中心黑洞照片的拍摄,其难度大于M87黑洞照片,因为银河系中心黑洞较小,光变时标更短,数据处理难度更大。 黑洞可根据质量分为恒星级黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞,但分类并非严格,且不同类型黑洞的形成机制可能不同。超大质量黑洞的形成机制仍是未解之谜,可能并非仅仅是恒星级黑洞的逐渐合并,宇宙早期的一些超大质量黑洞的形成速度难以解释。 研究黑洞对于理解宇宙的起源和演化至关重要,因为黑洞的质量与星系的质量存在关联,类星体作为活跃的黑洞,也为研究宇宙历史提供了重要的线索。

Deep Dive

Chapters
本部分探讨了2020年诺贝尔物理学奖颁发给三位黑洞研究学家的事件。嘉宾左文文老师分享了其个人感受,并分析了该奖项的合理性及与以往诺奖的差异,同时也引发了关于黑洞照片的讨论。
  • 2020年诺贝尔物理学奖颁发给了三位黑洞研究领域的科学家。
  • 该奖项的颁发在一定程度上出乎意料,但也符合诺贝尔奖对物理学领域原创性和认知拓展的要求。
  • 该奖项打破了诺贝尔物理学奖在物理学子领域轮流颁发的常规。

Shownotes Transcript

原来是这样, 原来是这样 点的 样子 啊。 原来是这样。 欢迎来到, 原来是这样。

各位 好, 我是 旭东。 不知道 大家 能不能 听得出来, 我 现在 的 这个 说话 还是 有点 别扭。 主要 是因为 这个 国庆 休假, 可能 是 作息 不是 很 规律 的 缘故, 我的 这个 舌头 上 是 生 了 一个 比较 大 的 窗, 导致 现在 咬字 非常 的 费劲儿, 再加上 跟 其他 几位 好搭档 的 这个 时间 并没有 match 的 特别 好, 以至于 这 周 的 这个 正片 再 让 大家 等待的 两周 的 基础上, 可能 还要 让 大家 再 稍稍 等待 一周。 不过 好在 因为我 本职工作 的 关系, 还是 每周 会有 比较 高质量 的 这个 内容 的 产出 的。 所以 这 一周 就 给 大家 来 呈现 十万个为什么 当中 做 的 一个 比较 棒 的 系列, 那 就是 盘点 今年 的 诺贝尔奖。 那么 在 这 若干个 奖项 当中, 和 原样 契合度 最高 的那 自然 是 其中 的 物理奖 和 化学奖。 今天 先 给 大家 来 听 一听, 我们 针对 这一次 诺贝尔物理学奖 的 一个 延展 解读。 请 到 的 并不是 水 兄, 而是 另 一位 其实 大家 也 比较 熟悉 的, 就是 来自 上海 天文台 的 左 雯雯 副研究员。 他 本身 也是 北京大学 天体物理学 的 博士。

旭东 好, 各位 听众 朋友 大家好。

先 想 问问看 你的 个人 感受, 因为你 本身 博士 研究 其实 就是 和 黑洞 类星体 相关 的。 今年 的 这个 诺 奖 在你看来 算不算 意外 呢?

刚 开始 听到 这个 消息, 看到 这个 新闻 的 时候, 确实 是 有 一点点 意外。 但是 在 认真 的 想 一下 的话, 感觉 也是 合乎情理 的。 它是 符合 诺 奖 他 一贯 以来 对 物理 领域 强调 原创性, 强调 能够 对 我们 认知 有 拓展 有 刷新 的 要求, 我 觉得 也是 合乎情理 的。

算是 打破 了 他 之前 的 一个 常规 吗?

常规 你 指的 是 物理学奖 在 物理学 领域 通常 是 在哪 四个 子 领域 当中 轮流 着 来 发。 去年 是 黑洞, 实际上 大前年 17年 颁发 的 也是 天体 物理 领域, 去年 的 也是 天体 物理 领域, 今年 又是 天体 物理 领域, 相当于 是 去年 和 今年 是 连续 两年 颁发 给 同一个 子 领域。 对, 跟 所谓 的 以前 的 常规 确实 是 有所不同。 但是 你 想 一下, 去年 关注 的 是 两个 极端, 一个 关注 的 是 宇宙学 极大, 对, 一个 是 关注 于 相对来说 极小对 在。

宇宙 当中 应该 算是 比较 小的。

因为 是 行星 系 外行星。 那 今年 关注 的 是 黑洞, 这个 领域 还是 不一样的。 虽然 都是 天体 物理 领域, 但是 和 我们的 认知 领域 来 在这里 来 匹配 的话, 还是 有 不一样的。

黑洞 它 好像 既不 算是 极大, 也不 算是 极小。

但是 它是 极 致密。

也 极 神秘。 生 能不能 和 我们 先 来说 一说, 因为 前面 其实 在 背景 当中 我也 介绍 了 今年 的 诺 奖 物理学奖 也是 是 把 它 拆成 了 两个 部分。 其实 这 两组 科学家, 三位 科学家 他们的 贡献 都是 和 黑洞 研究 有关, 但 其实 还是 有 不同 的 侧重 的。 对对对。

就 好像 去年 的 诺 奖 也是 分成 两组, 一个 是 跟 宇宙学 有关, 一个 是 跟 系 外行星 有关。 今年 我 觉得 也可以 拆成 两组, 一组 是 偏向 于 理论 的, 也就是 颁发 给 彭罗斯 的那 一半。 另外 一半 是 偏向 于 观测 的, 是 颁发 给 了 两位 研究 银河系 中心 的 这个 超大 质量 黑洞 的 两位 科学家。 前者 对于 彭罗斯 的话, 颁发 诺贝尔物理学奖 给他, 主要是 为了 表彰 他 证明 了 黑洞 的 形成 可以 很 自然 的 从 广义相对论 当中 数学 给 推导 出来。 而 后者 颁发 给 这 两位 天文学家, 是因为 他们 用 观测 数据 证明 了 在 银河系 中心 应该 有一个 非常 致密 的 物体 控制 着 周 这部分 恒星 的 运动。 你 可能 注意到 为什么 我 后面 没有 说 这 两位 科学家 他 就 证明 了 在。

银河系 中心 致密 天体。

你 没有 直接 用 黑洞洞。 对他 还是 没有用 黑洞。 我 觉得 一定程度 上 是 体现 了 这个 颁奖 委员会 他 强调 的 这种 非常 严格。 因为他 还是 认为 OK 并没有 说 这 里面 一定 是 黑洞。 虽然 我们 做 天文 研究 的 人, 大部分 的 人 这 不是 黑洞, 难道 还是 一群 恒星 吗? 还是 一群 小 黑洞 绑 在 一块 吗? 就 我们 认为 最大 可能性 还是 黑洞, 但是 从 颁奖 委员会 严格 性 的 角度, 他用 的 还是 致密 天体 的 这种 说法。

就是 除非 被 我们 直接 观测 到了, 十成 的 把握 证明 它 就是 一个 黑洞, 那 我们 才能 在 这个 措辞 上 把 它 换成 黑洞, 而 不是 像 现在 用 超大 质量 天体 或者 是 致命 天体 这样的 表述。

对, 你 这 一道 也是 提醒 了, 现在 很多人都 在 想, M87 的 这个 照片 都 出来 了, 银河系 中心 的 黑洞 照片 当时 不 也 拍 了, 什么时候 照片 能 出来? 那个 照片 出来 了, 是, 我可以 把 这个 致密 天体 改成 黑洞 了, 这 倒是 一个 好主意。

也很 可能 是 这个 可以 稍后 再 期待 一下。 感觉 你 刚刚 其实 给 大家 做了 一个 简单 的 介绍。 无论是 我们 说 第一组 的 这个 罗杰 彭罗斯, 还是 第二组 的 这个 根 和 格 兹, 他们 本身 的 贡献 都是 可以 单 拆出来 讲 很多 内容 的。 对, 那 我们 就 按照 这个 顺序, 我们 先 讲一讲 这个 罗杰 彭罗斯。 不知道 在 这个 黑洞 研究 领域, 罗杰 彭罗斯 大致 是一个 什么样 的 地位。

罗杰 彭罗斯 他的 最 代表性 的 工作 跟 黑洞 有关系 的 应该 是 他在 1965年 发表 的 一篇 论文。 那 篇 论文 跟 大家 剧 透 一下, 真的 只有 很短, 只有 三页。 不像 像 现在, 比如说 我自己 要是 发 篇文章, 感觉 都是。

专业 的对 对。

都 写 了 很多很多。 但是 他 很 精炼, 他 只有 三页。 而且 罗杰 彭罗斯 经常 会 讲, 他是 一个 非常 擅长 用 几何 思维 的 一位 科学家。 他 就说 你看 我的 论文, 虽然 看不到 那些 图, 但是 实际上 我的 每 一段 文字 都 是用 几何, 用 图 的 思维 给他 思想 出来, 给他 做出来 的。 他 1965年 的 这个 工作, 也就是 他 基于 广义相对论, 用 数学 几何 的 方式 推导 出了 黑洞 的 形成 是 自然 的, 是 可以 的, 是 很 直接 的 这样 一个 寓言。

说到 这个 的话, 大家 可能 会 想到, 就是 之前 我们 也 在 节目 里 提到 过, 首先 广义 三论 OK 是 1915年。 完了 以后 过了 一年, 是不是 德国 那个 物理学家, 天体 物理学家 史瓦西 就 得到了 第一个 精确 解, 而且 还有 了 史瓦西 黑洞。 那 为什么 史瓦西 的 那个 解 不是 从 广义相对论 得到 的 首个 黑洞? 如果 是 诺 奖 来 颁奖 的话, 为什么不是 史瓦西? 虽然 史瓦西 现在 没 活着, 那 如果 史瓦西 还 健在 的话, 那么 今年 的 这个 诺 奖 的 颁奖词 是不是 适用于 史瓦西 呢?

这 是一个 大家 很 自然 问 到 的 问题。 当时 史瓦西 的 工作 是 黑洞 的 存在。 黑洞 的 存在 就是 他 得到了 一个 解释, 一个 最简单 的 黑洞 模型。 彭罗斯 的 这个 它 不是 强调 这个 存在, 而 强调 从 这个 方程 当中 我 得到 我 怎么样 证明 黑洞 它是 怎么 一步步 形成 的。 怎么 一步步 形成?

就是 一个 是 能够 得到 他 就是 有 这个 东西。

可以 存在, 他 证明 了 奇点 的 存在。

然后 那个 是 证明 了 他 起点 是啊 对。

起点 是 怎么 来 的。 比如说 告诉你 有 团 物质, 如果 他 不断 的 往 里 他 缩, 他 缩 的 非常 小的 时候, 他 能够 在 中心 形成 起点。 他 告诉你 起点 是 怎么 来 的。 实话 其实 告诉你 起点 它的 存在, 或者 是 告诉你 怎么 来 的, 那么 你 想想 这是 6几年 的 工作。 后来 彭罗斯 的话 我们 还能 想到 就是 霍金。 霍金 和 彭罗斯 又 在 70年 又 做了 一个 工作, 是 拓展 了 这个 起点 的 形成。 它 就是 拓展 到了 宇宙学 的 这个 方面, 这也是 霍金 他 那 部分 的 工作。

但 其实 彭罗斯 它 不仅仅是 在 黑洞 的 这个 领域, 它 在 其他 的 领域 也有 很多 的 贡献。 比如说 可能 大家 也 看到 过 什么 铜 螺丝 机制, 就是 经常 科幻小说 当中 会 探讨 的。 我 怎么样 开 着 一辆 卡车, 然后 我 把 垃圾 倒 到 旋转 黑洞 周围 的 有一个 叫 能 层 的 一个 区域, 就是 想象 就 黑洞 外面 有一个 群, 你 把 垃圾 倒 在那里, 你的 卡车 反而 是 获得 的 能量, 然后 就有 能量 离开 这个 黑洞, 这就是 又 扔掉 垃圾 还 获得 能量, 从 旋转 黑洞 获取 能量 的 这个 机制。

这个 是 科幻小说 用来 解释 我 怎么样 跑到 黑洞 附近 又 能够 平安。

对, 逃脱 的对 这个 数学 的 描述 也是 彭 罗 是 获取 的。 还有 像 这个 彭罗斯 镶嵌, 还有 彭罗斯 阶梯 等等。

就有 很多 以 彭罗斯 命名 的。

而且 你 去 纵观 这些 它的 领域, 真的 是 非常 有 几何 思维。 就是 他的 那种 思维 是我 认为是 比较 有 开创性 的 这种 思维。

数学 能力 非常 的 强, 而且 很多 时候 是用 几何 的 这个 方式 来 理解 和 思考。

所以 有人 就 称 他是 集 数学、 物理 还有 几何 思维 为 一体 的 这么 一个 集大成者 的 这样 一个 物理学家。

你 刚才 其实 也 提到 了 霍金。 对, 因为 其实 这一次 的 很多人 奖项 颁 出来 之后, 会 觉得 有些 唏嘘。 如果 霍金 先生 他 还在 依然 健在 的话, 是不是 今年 有可能 会 把 这个 奖项 一起 颁发 给 霍金?

我 认为是 有可能。 但是 接下来 我 给 大家 分析 一下, 你们 自己 来 判断 是谁 彭罗斯 跟 霍金 谁 是 更 自然 的。 如果说 这个 诺 奖 颁发 的 是 说 从 广义相对论 证明 了 黑洞 的 存在 这个 原创性 的 角度 来看, 是 彭罗斯 更 自然 一些, 还是 霍金 更 自然 一些? 因为 1965年 的 工作 是 彭罗斯, 首先 它是 原创性 的, 证明 了 OK 从 广义 词 中 可以 推导 出 黑洞 或者 是 这个 中间 的 起点 是 怎么 形成 的。 后来 是 虽然 霍金 彭罗斯 起点 这个 原理, 它是 霍金的 名字 排 在 前面, 但是 它 并不是 原创性 的。 它 更大 的 贡献 是 把 普洛斯 的 那个 原理 推广 到了 宇宙学 的 领域。 就 认为 OK 物质 的, 他说 能 形成 这个 起点, 那么 会 认为 在 宇宙 的 起点 这个 位置 应该 也有 一个 起点, 就 做了 这样 一个 推广。 所以 从 原创性 的 角度 来看, 应该 是 彭罗斯 韦 更 自然 一点。

但是 如果你 换 一个 角度, 假设 我们 把 颁奖词 又 改 一下。 比如说 不是 仅仅 关注 于 黑洞, 而是 也 关注 到 一些 宇宙学 的 部分, 那 彭罗斯 和 霍金 都 有可能 获得 这个 诺 奖。 但是 我也 看到 了 颁奖 委员会 的 科学家 接受采访 的 一段 录像。 他 就 提到 了, 因为 今年 他 关注 的 还是 黑洞 这个 领域, 所以 这位 被 采访 的 科学家 认为 还是 思维 更 自然 的, 就是 更 自然 的 一个。

获奖者 这样的 一种 表述 方式, 其实 大家 可以 去 稍稍 品味 一下。

但 但是 对 但是 霍金 当然 他 做出 了 非常 多 的 贡献。 如果 他 还 健在 的话, 我 想他 也有 可能 和 彭罗斯 一起 获得 这 样子 这样 一个。

因为 其实 何琴 过世 的 时候, 有 很多 的 这个 评论 其实 也 谈到 了, 就是说 他 具 不 具备 获得 诺 奖 可能性 的 这个 事情 好像 也会 提到。 比如说 他的 另外一个 非常重要 的 贡献, 有关 霍金 辐射 这个 事情 好像 是 虽然 在 理论上 是 完全 通顺 的, 但是 我们 还没有 办法 通过 观测 来 得到 一个 证实。

对你 这 提到 了 其实 是一个 挺 重要 的 点。 你 像 彭罗斯 他 做 的 65年 的 这个 工作, 它是 能够 跟 观测 一定 角度 上。 能 联系 起来 就是 稍微 更 实际 一点。 但是 霍金 比如说 刚才 提到 的 这个 霍金 蒸发 的 理论, 还有 霍金的 这个 黑洞 的 第二 热力学 定律 等等 这些 贡献。 他 更 偏向 于 理论上 的 一个 很 重要 的 工作。

就 以 现有 的 人类 的 这个 技术 观测 上 的 很难 去 实现 它。 或者说 是以 我们 可能 从 伽利略 到 现在 不过 四百多年 的 观测 史 的话, 对还 尚 不足以 去 证实 这些 现象 它 确实 的 存在。 但是 科学 本身 最后 还是 要 落到 观测 上面。

是的, 还是 要 证实 一下。

所以 就是 彭罗斯 他的 这个 贡献 是 已经 可以 通过 一些 观测 的 方式 来 证实 了。

像 第二个 从 观测 角度 证明 了 致密 天体 或者说 双引号 黑洞 的 存在, 一定程度 上 是 证明 了 黑洞 的 存在。 但是 彭罗斯 的 工作 到底 说 能 不能用 观测 要 去 证实。 实际上 这样 玩 一个 字眼 的 游戏, 实际上 证明 彭罗斯 的 这个 工作 的 成立, 并非 证明 了 黑洞 的 形成 是 就是这样 形成 的。 它 只是 证明 了 广义相对论 的的 预言 是 正确 的。

黑洞 它 是不是 这样 形成 的, 从 理论上 来说, 我们 可以 认为 他 大 概率 就是 像 彭罗斯 描述 的 这样。 但是 我们 现在 其实 谁 也没有 说是 亲眼 去 见证 一个 黑洞 就是 像 彭罗斯 那样 描述 的 这样 形成 的。 但是 其他 的 这些 观测 证据, 因为 我们 现在 其实 有 很 多种 方法 可以 证实 的确 有 这 样子 的 一个 黑洞 的 存在。 那 可能 它是 处在 一些 不同 的 阶段, 不同 的 侧面, 最后 我们 差不多 是 能够 拼出 一个 这样的 图 了。

是的, 黑洞 的 存在 的 证据 间接 的、 直接 的 其实 已经 挺 多 的。

接下来 再 请 博文 老师 和 大家 讲一讲 根 泽尔 和 戈 兹 他们的 这个 贡献。 就是 他们 到底 是 怎么样 通过 这个 观测 发现 了 银河系 中心 它 存在 这样 一个 致密 的 天体。

超大 质量 的 OK。 我们 先 回想 一下, 希望 听众 当中 有人 曾经 幸运 的 到 外面 去 看到 过 夏季 的 银河。 然后 看到 银河 的 时候 又 感觉 有 一条 亮 带。 对, 氮 亮 带上 又 感觉 有点 阴影, 就是 那些 尘埃。 对, 如果 大家 还会 认 星座 的话, 有一个 叫做 人马 人马座。 然后 在 人马座 茶壶嘴 的 那个地方, 又 在 那个 比较 亮, 就是 银河 带 比较 宽 的 那个地方, 就有 我们 现在 所说 的 银河系 的 中心, 我们 又 叫 人马座 a star, 就是 A 上面 有 个 star。

那 这个 位置 我们是 如何 确定 下来 的? 而且 其实 想一想 也是 挺 那个 的, 就是 我们 叫 不识庐山真面目, 只缘身在此山中。 对, 我们 怎么样 知道 银河系 的 中心 就是 在 这个 点, 而且 在 这个 地方 它 又有 一个 致密 的 东西 的 存在, 这个 细想 一下 是。

觉得 挺 难 的。 对你 这个 问题 其实 是 跨 了 好几个, 因为 是在 30年代, 30年代 就是 大家 通过 当时 非常 初级 的 一个 射电 观测 的 设备。 就像 我们 现在 听 广播 的 这个 设备, 在 那个 区域 听到 了 就是 看到 了 这样的 一个 信号, 或者 叫 听到 了 这样 一个 信号, 然后 就 想 是 什么样 的 一种 天体 发出 了 这种 射电 信号 呢? 然后 随着 后面 的 观测, 大家 就是 瞄准 了 这个 区域。

很 难得 的 就在于 根 泽尔 和 盖茨 他们是 在 90年代。 当时 他们 就在 想他 有 什么样 的 方法 证明 那里 存在, 就是 找到 那里 存在 什么样 的 天体, 会不会 是 致命 天体? 他是 在 90年代, 从 一开始 我们 知道 S G R 就是 人马座 a star 的 那个 区域, 已经 过了 快 60年。 那你 想想 那里 有 那么 多 尘埃, 你 用 光学 望远镜 你 也 对你 也 看不见, 那只 我 怎么样 有 火眼金睛 能 看到 那 里面 呢? 那 就是 红外 望远镜, 所以 他们是 用 红外 的 望远镜, 所以 大家 首先 要 知道 这是 红外 波段。 其次 他们 两个人 一个 是在 欧洲, 一个 是在 美国。 你可以 把 他们 想象 成 是 欧洲 一个 团队, 美国 一个 团队 的 这个 P I 领头人, 分别 用了 两边 都 非常 大 的 这种 望远镜。 一个 是用 欧洲 的 这个 V L T 叫 very large telescope.

非常 名字 也很 简单粗暴。

然后 美国 这个 团队 是 盖茨 领导 的, 他是 用 这个 凯克 望远镜, 他们 在 红外 波段 用 这个 10米级 的 大 望远镜。 它的 非常 细小 的 细节 它 就能 看到, 而且 还 给予 了 一种 技术。 这个 等会儿 要 重点 说, 就是 用 自适应 光学。 因为 我们 知道 平常 看星星 会 所谓 叫 一闪一闪亮晶晶。 这个 一闪一闪 主要 是因为 这个 大气 的 懂 大气层 的 这个 气 的 中 对, 那么 他们 一是 要 越过 尘埃, 第二个 是要 避免 大气 的 抖动。 所以 用了 自适应 光学, 首先 找到 大气 是 怎么 抖动 的, 然后 把 它 改正 掉。 从而 他们 看到 了 刚才 说 的 人马座 a star 区域 的 那些 周围 的 一些 恒星 的 位置。 比如说 我 如果 拍 一张 就是 一张照片, 但是 他们是 持续 了 近 20年, 或者 是 现在 他们 还在 这方面 工作 二十多年 的 这个 照片。

你 想想我 就 相当于 是一个 跨越 了 二十多年 的。

我们 叫 延时 摄影。 对。

然后 我 就 盯 着 这个 区域, 我 每年 就是 拍 那么 几张。 对, 然后 连着 放。

他 就 动起来 了。 对, 然后 他 就 看到 了 这些。 你 想想 那么 小的 一个 区域 之内, 那些 星星 的 运动 什么 意思 呢? 就是说 相当于 在 我们 太阳系 的 这样 一个 区域 范围内, 太阳系 的 这个 尺度 范围内, 我 看到 了 恒星。 其中 有一个 最 著名 的 恒星, 它的 编号 是 S 2或者 叫 S 02。 它的 一个 十几年 的 一个 走了 一圈 的 轨道。

那你 想想 我们 平常 我 怎么样 知道 这个 太阳 的 质量 呢? 我可以 通过 地球 围绕 它 怎么 转转 的 周期, 地球 离 太阳 有多远。 然后 我 就可以 用 最简单 的 万有引力 定律 加上 圆周运动, 我 就能 算出 太阳 的 这个 质量 了。

同样 距离 我们 2点6万光年, 就 是从 银河系 中心 到 我们 这 光 要 跑 2.6万年。 在 那么 距 远 的 距离 之外, 一个 太阳系 尺度 范围内 的 里面 的 恒星 的 运动, 我 跟踪 了 小二十年。 然后 我 其中 有 一颗 特别 著名, 基本上 轨迹 就能 画 出来。 它的 轨迹 我 画 出来, 然后 就是 我们 之前 也 做 过 一个 类似的 课题, 就让 高中生 用 这样的 数据 去 算 这个 黑洞 的 质量。 他们 也 根据 这样的 数据 能够 算出 银河系 中心 的 质量, 即使 是 高中生。 对, 高中生 也就是说 这个 数据 是 最难 的, 算 它 用 的 原理 并没有 特别的 难。

而且 这个 是 有 普适性 的。 就是 无论是 我们 算 行星 和恒 恒星, 还是 说是 已知 恒星 去 算 它 中间 的 那个 智力 天体。

而且 在 这个 尺度 上, 我 甚至 都 不用 考虑 广义相对论 的 效应。 我 只要 用 牛顿 的 这个 万有引力, 我 就 算算 出的 结果 也是 400万倍 太阳 质量 的 量级。

所以 就是 我们 一直 说 的 这个 银杏 黑洞 它 大致 有 多重。 对, 就是 通过 这个 方法 这 样子 的 观测 算 出来 的。

是的, 当然 因为 我们是 一个 广播节目, 如果 是在 现场 的话, 我 非常 会 直接 算 给 对我 非常 想 把 这个 照片 给 大家 一张张 的 放 出来 一个 视频。 然后 你 看到 这个 星星, 这个 S 二星, 十几年 它 走了 一个 周期。 然后 它的 它是 它是 有 多 离 中心 有多远, 你可以 用 尺子 量 一下, 再 根据 比例尺 算 一算 他 走了 多远, 然后 你 就 套 公式 就能 算出 他的 质量。 那么 这 两个人 他们 最最 特别的 是, 他们 一是 用了 当时 比较 好的 这个 望远镜。 第二 是 他们 开创 了 比较 好的 方法, 用 这种 自适应 光学 的 方法, 在 红外 波段 对 银河系 中心 周围 的 这些 区域 进行了 长达 二十多年 的 观测, 并且 最终 确认 的 在 那么 小的 范围 之内, 应该 有一个 致命 天体 存在。

在那 这里 可能 得 稍稍 画 一点点 点 时间。 这个 给 大家 来 解释一下, 比如说 像 恒星 自行 这 样子 的 一些 概念。 因为 其实 我们 好像 有 一些 看过 一些 科普书 的 一些 朋友, 对 太阳, 比如说 绕 银河系 中心 转 一圈, 大概 有 个 概念 好像 是 两亿多年。 对, 这 是一个 非常 缓慢 的 一个 过程。 到了 银河系 中心 花 20年 的 时间 就 能够 看出 他们 走 的 这个 路径, 而且 这个 路径 变化 甚至 是 可以 用来 算 银星 的 这个 质量 了。

这个 其实 可以 从 两个 角度看。 第一个 说明 这些 恒星 距离 银河系 中心 真的 是 非常 近。 如果 不 进 的话, 你看 我们 距 银河系 中心 是 2点6万光年, 我们的 周期 是 2亿, 是 差不多 是 2亿2亿年。

所以 这 里面 其实 大家 还 可以 验证 一下 开普勒 第三定律。 比如说 周期 你 也 知道 了, 对不对? 这个 还有 距离 你 也 知道 了, 你看 一下 T 3次方 跟 D 平方 之间 的 比值 是不是 相近 的。 你 就 把 太阳 和 我 刚才 说 的 这个 S 2星可以 算 一算, S 2星它 距离 这个 银河系 中心 大概是 120光年。 想想 一个 是一个 是 百 光年 量级, 一个 是 万光年 量级。 所以 你 几亿 你 往前 倒 一 倒, 确实 对应 的 就是 十几年 了。 所以 这个 也是 不 违背 开普勒定律 的, 对不对?

对对对, 然后 其实我 我 当时 想到 了 另外一个, 就是 我们 可能 知道 太阳系 的 几个 行星 绕 太阳 的 这个 速度。 这个 水星 我们 一直 说是 短跑 冠军, 它的 这个 速度 很快。

几十天 一个 周, 因为 它 离太阳最近。

但是 反过来 我们 说 已经 被 除名 的 冥王星, 那 就是 几百年 才 转 一圈 了。 对, 那 其实 这个 一样 可以 推广 到 银河系 当中。

对, 是的, 离 中间 的 质量 源 越 近, 它 肯定 转 的 是 越快 的。

好, 这个 问题 解决 了, 那 接下来 就得 聊 一 聊 大名鼎鼎 的 这个 自适应 光学 了。 听 上去 其实 挺 高大 上 的, 你 刚才 也是 简单 的 给 大家 做了 一个 解释。

这 里面 的 重点 是你 首先 要有 一颗, 你 要么 在 你 观测 的 圆 旁边 找 一颗 恒星。 你知道 这个 恒星 如果 没有 大气 扰动 的 情况下, 它的 这个 像 应该 是 很 圆的, 就是 一个点 一个 圆。 那么 如果 大气 有 扰动 的话, 它 自然 就 会有 变得 很 模糊。 那么 它 究竟 变得 有 多 模糊? 我要 定量 的 描述 出来。 我 把 这个 定量 变得 有 多 模糊 的 定量 描述 出来, 结果 应用 到 我 真正 观测 到 的 圆的 图像, 我 就能 反 推出 OK 理论。 就是 如果 没有 大气 扰动 情况下, 我 这个 圆 应该 看起来 是什么 样子。

刚才 是 说 在 这个 圆 周边 找 一个 这样的 恒星。 但 其实 平常 做 的 更 常见 的 一个 做法 是我 造 一颗 卫星。 比如说 我在 地面 上 望远镜 上面 打 一束 激光 上去, 这 是一种 做法。 我可以 打 一束 激光 在 我们 地球 大气 的 上方 造 一个 这样的 一个 小 光斑, 一个 星点。 那么 这 是一个 理想 的 应该 我。

这 其实我 觉得 造出来 的 会 更 理想 一些。 因为 我们 用 激光 的话, 它的 这个 就是 我们 说 它的 这个 光谱 特征 就 非常 的 明显 了。

当然 它 对 激光 的 要求 也是 比较高, 准时 性 很好, 然后 强度 得 稍微 足够 高 一点。

如果说 有 一些 天文爱好者 可能 有幸 可以在 这些 望远镜 正在 启动 自适应 光学 的 这个 工作 的 时候, 就会 看到 可能 有 类似 一个 像 纸 心 笔 一样的 东西 伸出 去。 是的, 其实 这个 时候 就可以 说 了, 就是 自适应 光学系统 了。 对, 是的。 您 刚刚 是 提到 的 第二组 科学家, 其实 他们 主要 的 这个 贡献 就是 观测 上, 而且 是 通过 观测 证实 了 这个 中间 的确 是 有一个 400万倍 太阳 质量 的 一个 质量 非常 巨大 的 存在。 对你 刚刚 还 用了 一个 词 来 描述 这个 存在, 是一个 致密 的。 致密 这件 事情 是用 什么 方法 来 证实 呢?

比如说 刚才 这个 S R 星, S R 恒星 它 距离 是 120光年。 这个 尺度 我们 知道 太阳系 它的 这个 尺度 都是 几百, 就 看你 怎么 定义 太阳系 的 边界。 基本上 你可以 认为 他 看到 的 这些 恒星 是在 太阳系 这样 一个 尺度 范围 之内。

或者 就是 稍稍 大 一些。 因为 我们 想 这个 比邻星 到 我们是 四点 几 光年。 对, 如果 是 百 光年 这个 范围 的话, 其实 是一个 非常 小的 区域 了。

对我 我 刚才 应该 是 有 个 口误, 不是 光年, 是 日地距离。

是 A U 对。

天文单位 au 对。 所以 一定要 强调 的 是, 就是 那个 个 S 2星或者 是 这些 恒星, 它 到 银河系 中心 的 这个 距离 是 非常 小, 可以 用 太阳系 这样 包 的 一个 范围 来来 而且。

在 这 样子 的 一个 一个 太阳系 的 这个 范围 里边, 它 还有 若干 颗 恒星。 对。

是 很多 科。 他们 实际上 有的, 像 他们 有 个 团组 观测 的 应该 有 上 百颗 了。 所以 大家 再 脑补 一下 太阳系 尺度 范围 之内, 也就是 一百多个 A U 的 范围 之内, 就 日地距离 的 范围 之内, 存在 的 质量 是 四百多万 倍 太阳 质量。 那 反观 我们 自己的 太阳系, 在 这么 大 的 范围 之内, 我们的 质量 就是 一倍 或者 是 一点 就是 一倍 太阳 质量 或 一点几 几几 的 这个 太阳 质量。

所以 这个 中间 它 一定 是一个 致命 的 东西。

对, 当然 这 中间 是什么 呢? 会不会 是 一群 小 黑洞 或者 是 一群 恒星。 比如说 一群 小 黑洞 目前 没有 理论上 给出 这样的 一个 预言, 而 一群 恒星 这么 长时间 还 这么 稳定 的 存在, 这 也 说 不通。 所以 想来想去, 我们 认为 还是 一个 超 大量 黑洞 比较 靠谱。

如果 是 一群 恒星 的话, 就是 以 现在 我们的 这个 认知, 要么 是 一群 中子星。

对, 那 跟 一群 小 黑洞 差别 不是 很大 的。

主要是 这个 在 人群 中 紫金 的话, 他 可能 应该 还 会有 一些 其他 的 什么 信号 之类 的。 反正 现在 基本上 大家 就 认可 这个 中间 应该 是一个 黑洞 了。 对, 刚才 你 其实 埋 了 一个 伏笔, 就是 中间 这 张 这个 银星 黑洞 的 照片。 其实 最早 我们 其实 想要 期待 人类 手上 黑洞 照片 的 时候, 大家 更 期待 的 是 银河系 中心 的 这个 黑洞, 想要 一 窥 它的 庐山真面目。 这个 相比 于 我们 之前 拍 到 的 离 我们 比较 遥远的 那个, 当然 个头 或者说 是 质量 也 更大 的 那个 黑洞 来说, 获取 迎新 黑洞 的 这个 照片 为什么 难度 会 更大 一些?

这个 问题是 这样的, 就是 银河系 中心 的 黑洞, 按照 理论 预言, 其实 它的 那个 环 看起来 这个 角度 大小 应该 比 M87 的 那个 大小 还要 大 那么 一点点。 我们会 期待 着 银河系 中心 质量, 那个 黑洞 应该 是 更容易 拍, 对不对? 但是 我们 忽略 了 一点, 银河系 中心 的 黑洞 它 很小。 那么 它 实际上 就是说 实际上 它的 那个 环 是 比 M87 是要 小的, 对不对? 前面 我 讲 的 是 看起来 应该 银河系 的 那个 环比 M87 的 看起来 大。

你 这个 类似 于 我们 说 这个 近地点 满月 的 时候, 在 地球 上 看月亮 其实 是 比 这个 太阳 看上去 稍稍 大 那么 一些。 但 其实 月亮 但 实际上 月亮 是 远远。

小于 太阳 的。 这个 对 我们 现在 就 用 月亮 跟 太阳 好不好? 那么 是 银河系 中心 的 这个 黑洞, 就 好像 月亮, 其实 它 看起来 是在 某种 情况下 看起来 比 太阳 大, 但 它 就是 比 太阳 小。 对, 那么 比较 小 的话 就会 造成, 因为 我们 知道 看到 它的 这个 环, 它 会有 一定 的 光变。 会 比如说 你可以 理解 成就 是一个 光子 从 环 的 一侧 到 另外 一侧, 它 走 的 这个 时间 是不是 越 量 走 的 这个 时间 要 比 太阳 走 的 那个 时间 要 短。 那么 后者 对应 的 时间, 比如说 对于 M87, 它 对应 的 那个 时间 好歹 还是 几天 几天 就是 闪 一闪, 几天 闪 一次 或 就 类似的 几天 闪 一次, 我 还能 接受, 我 还能 数据处理 出来。 但是 对于 我们 银河系 中心, 它 闪 的 频率 太快 了, 所以 导致 数据处理 它的 难度 要 比 M87 要 更难, 它 有 很多 的 干扰 的 因素 需要 扣除 掉。

所以 就 是从 在 今天我 来到 这里 之前, 我也是 跟 我们 台 做 这个 银河系 中心 黑洞 照片 数据处理 的 老师 沟通 了 一下。 他说 静 等 好消息。 目前 应该 是 有 一些 什么 进展 的?

还是 那句话, 其实 他的 庐山真面目 应该 是 已经 躺在 我们的 数据库 当中 了。 但是 其实 要把 它 从 数据库 当中 挖出来, 还是 要 花 一些 时间。

对, 大家 还是 有 现代性 的。 实际上 要 比 M87 的 那个 环 小 光变 时标 要 更 短, 所以 给 这个 数据处理 的 难度 就 带来 的 更 多了。

干脆 给 大家 再 回顾, 因为 这 张 照片 问世 到 现在 也 已经 一年 多了, 有些 朋友 可能 已经 忘了 一张照片 是 怎么 来 的 了。 如果说 大家 一直 还 说是 首张 黑洞 照片 这样的 一个 概念 的话, 可能 还是 认为 天文学家 把 这个 望远镜 对准 了, 咔嚓 一下 就 拍出来 了, 无非 就是 洗照片 的 这个 时间。 但 实际上 我们 得到 这 张 图像, 就是 可视化 的这 张。

图像 花了 两年 多 时间, 而且 也 不是 一个 望远镜, 或者说 应该 是 由 六个 地方 7台望远镜 构成 的 一个 虚拟 的 虚拟 的 望远镜。 这个 望远镜 它的 口径 就 直径 等效于 我们 地球 的 这么 大。 他 当时 观测 的 这个 波段, 就是 刚才 我们 提到 了 有 光学 望远镜, 有 红外 望远镜。 这个 望远镜 它是 在 毫米波 阶段, 就是 毫米 在 无线电 对, 在 无线电 的 这个 波段 上去 观测 到 的。 为什么 这些 相隔 数千千米 的 这些 望远镜 能够 组成 一个 虚拟 的 望远镜 呢? 他们 用 的 一个 技术, 也是 我们 上海 天文台 非常 拿手 的 一个 技术, 叫 V L B I。

V L B I 正常 基线。

干涉 测量 技术。 相当于 是 它 能够 让 两个, 比如说 旭东 是 一台 望远镜, 我是 一台 望远镜。 我们俩 之间 不需要 用 线, 不需要 用 电缆 相连, 我们 只需要 我 带 一台 原子钟, 你 带 一台 原子钟。 你 什么时候 接到 信号 了 我 什么时候 时候 接到 信号 了, 我们俩 的 这个 记录 上面 都有, 我是 几点 几分 几秒 接到, 你是 几点 几分 几秒 接到 的? 但是 因为 我们 都 保持 着 同样 的 非常 精准 的 这个 时间 基准, 我们 就 能够 计算 出 这个 时间差 还有 就是 结合 我们俩 所处 的 这个 地理位置, 我们 通过 我们俩 拍摄 到 的 这个。

其实 会有 一些 角度 上 的 小小的 差别。

对, 可以 根据 我们俩 拍摄 到 的 这个 图像 的 强度, 图像 的 这个 信号, 还有 我们俩 之间 信号 的 时间差。 然后 再 通过 数据处理 的 方式, 相关 数据处理 的 方式, 能够 对 我们俩 同时 看到 的 那个 天体 进行 反诉 去 追溯, 看 它 可能 长 什么 样子。

这个 就是 科研 的 魅力。

这个 其实 就是 拍摄 黑洞 照片 设备 和 过程。

这个 背后 其实 是 有 很多 的 技巧。 当然 它 本身 也是 需要 一个 全球 的 合作 和 联动 才能够 做到 的 一件 事情。 是的, 是, 所以 当时 其实 是 分别 观测 了 我们 说 银星 的 这个 黑洞, 还有 就是 M87, 对它 中心 的 这个 更为 壮观 的 一个 黑洞。 对, 我们 老师 也 已经 给 大家 稍稍 的 剧 透 一下 了, 我们 还是 可以 期待 一下 明星 的 这个 黑洞 了。 当然 其实 从 意义 上 来讲 的话, 可能 银星 的 这个 黑洞 如果说 他 最后 真的 是 能够 成 到 那个 像 了。 那 回到 前面 提到 的, 就是 关于 这一次 根 泽尔 和 格 资 他们 这 一组 的 这个 获奖 致命。

天体 是不是 能 改善 黑洞 了 是 吧?

对, 这个 就 更加 实 锤 了, 对 吧? 今天 其实 主要 谈到 的 罗杰 彭罗斯, 他 描述 的 是一个 黑洞 形成 的 这个 过程 的 一个 理论。 然后 第二组 其实 是 单单 讲 到了 迎新 的 这个 超大 质量 的 致密 天体 这 样子 的 一种 表述。 他们 所 描述 的 这个 黑洞。 因为 我们 现在 其实 通过 不断 的 科普, 包括 讲 引力波 的 时候, 大家 好像 会有 一些 概念, 就是 黑洞 也 分等级, 也会 有 不同 的 黑洞。 那么 不同 的 黑洞 他们的 成因 都一样 吗? 或者说 像 罗杰 彭罗斯 他 描述 的 是 后面 这 一组 他们 所 证明 的 迎新 黑洞 这 样子 体量 的 超大 质量 黑洞 吗?

对你 这个 问题 问 的 真是 特别 好。 实际上 比如说 后面 提到 就是 你说 黑洞 的 这个 分类, 比如说 理论上 对 黑洞 的 分类, 我们 做 天体 物理 的 人 说 的 不是 特别 多, 但是 科幻小说 当中 或者 是 科普书 当中 其实 讲 的 比较 多。 比如说 黑洞 的 这个 无 毛 定理 或者 黑洞 的 三毛 定理, 提到 了 有 黑洞 有 质量, 带电 不 带电 电荷, 还有 自 自旋。 那么 可能 我们 平常 说 的 更多 的 就是 根据 黑洞 最 重要 的 一个 参量, 它的 质量 来 分成 这个 恒星 级 质量 黑洞、 中等 质量 黑洞 和 超大 质量 黑洞。 比如说 格 兹 和 根 泽尔 他们 探讨 的 银河系 中心 的 这个 黑洞, 当然 是 超大 质量 黑洞。 它是 实际上 我们 这个 分类 也 有点 并非 那么。

严格 的 跨度, 好像 对 并没 后面 一档 特别 跳。

对, 就 几百万倍 太阳 质量 以上 的 就是 超大 质量 黑洞。 是 从 几个 到 上 百个, 比如说 100个, 或者 我们 都 甚至 不说 100个, 说 几百个, 我们 就说 这个 恒星 级 质量 黑洞。 在 两者之间, 我们 就 叫 中等 质量 黑洞。

前段时间 其实 有一个 还 挺 重要 的 跟 黑洞 相关 的 跟 引力波 也 相关 的 这个 新闻。 等 质量 黑洞 证实 到 一个 中等 质量 黑洞, 它的 这个 并合 之后, 起码 它是 达到 中等 质量 这个 体量 了。 对。

但是 现在 也 并没有 超时, 如果 真的 敲 时 是一个 很很 重要 的 发现。 因为 你看 我们 银河系 中心 有 超大 质量 黑洞, 实际上 我们 认为 每一个 大 质量 的 星系 中心 都 应该 有一个 超大 质量 黑洞。 而且 也有 越来越多 的 证据 证明 了 这一点, 就是 我们 对于 超大 质量 黑洞 的 存在 并没有 那么 多 的 怀疑。 尤其是 诺 奖 就是 颁发 给 根 泽 和 盖兹 的 这个 工作。 它 针对 我们 银河系 中心, 就 看你 恒星 的 轨道 都 用 高中 的 方法 去 算 的 这个 东西, 这个 证据 还不 能够 让 你 服气 吗? 就是 伏 对 吧? 然后 恒星 级 质量 黑洞, 你看 引力波 探测 已经 告诉你 这么 多了, 还有 像 应该说 黑洞 的 首个 证据 是 天鹅座, 天鹅座 的 X 一 的 那个 对, 是一个 双星 系统, 其中 有一个 恒星 级 质量。

但 这个 其实 是 恒星 级 的这 是 小 个头 一点 的 黑洞。

就是现在 在 我们 银河系 当中 也 看到 了 有 二十多个 恒星 级 质量 黑洞, 也 不是 那么 奇怪。 是 而且 我们 预言 应该 有 是 千万个 还是 上 亿个。

总之 这 数量级 其实 是 很大 的对。

因为 恒星 级 质量 黑洞, 这就 回到 你 刚才 的 问题, 就是 彭罗斯 他他 的 预言 就是说 黑洞 是 怎么 形成 的, 起点 是 怎么 形成 的。 那么 我们在 天体 物理 上, 我们 认为 比如说 初始 质量 大于 25倍 太阳 质量, 或者 是 30倍它是 太阳 质量 的 这样的 一些 恒星, 它 演化 到 晚期 超新星 爆炸 以后, 它 剩余 的 物质 往 里 塌缩, 它 就 可能 会 超过 那个 极限 行, 变成 一个 黑洞。 然后 所有的 质量 都 塌缩 到 中间 的 那个 无限小 的 这个 起点 这 里面。 所以 恒星 级 质量 黑洞 我们 也没有 觉得 有 多 奇怪。 那么 奇怪 就 奇怪 的 这个 中等 质量 黑洞, 中等 质量 黑洞 究竟 存在 不存在 呢? 所以 谁 要是 发现 了, 我 觉得 本来 还 想说 诺 奖 的, 现在 我 不敢 说 了。 因为 已经 有了 那么 黑洞 再 获 诺 奖 的 这个 概率 可能 就要 降低 一点。

起码 这个 节奏 应该 要 稍稍 缓一缓 的。 按 常理 来说 的话, 对, 你 刚刚 要 表述 的 就是 所谓 的 这个 超大 质量 黑洞。 它的 这个 形成 是不是 从 恒星 级 黑洞 一点一点 吃 上去 的。

或者说 是 并合 上去 的, 理想 很 就是 很好。 但 实际上 现在 超大 质量 的 这个 为什么 能 长 这么 大 也是 一个 难题。 比如说 我也 参与 了 一个 工作 是 15年。 当时 以北 大 天文学家 为主 的 一个 团队, 发现 了 在 宇宙 爆炸 之后 很早 的 这个 时间, 就是 大概 几亿年 之内 就 看到 了 有一个 非常 大 的 黑洞。 当时 我们 就 提出 个 问题, 就是说 这么 大 质量 的 黑洞 在 这么 短时间 内 能够 靠 从 一个种子 黑洞 慢慢 这 东西长 起来 吗? 即使 他 以 最快 的 速率 每天 狂 吃 也 长 不了 那么 快。 所以 这 其实 也是 现在 的 一个 难题。

就有 当然 这个 纯粹 是 脑 洞, 有可能 就是 刚 开始 大爆炸 的 某 一块 密度 稍 大 的 这个 区域, 它 直接 它 做成 的 黑洞。

对, 这个 实际上 就是说 提到 了 这个 种子 黑洞, 种子 黑洞 通过 吃 东西 慢慢长大。 还有 一种 就是说 超大 质量 黑洞 是 更 小 一点 的 质量 黑洞, 并 起来 就 并合, 超大 质量 并合 的 并合 是 更大 了。 对, 但是 目前 遇到 的 难题 就是 在 宇宙 早期, 那些 就 很大 的, 你 完全 没时间 去病, 也 没时间 去 长大 的 这些 黑洞, 他们是 怎么 形成 的这 其实 也是 一个 难题。 这个 难题 倒 不是 彭罗斯 他的 这个 黑洞 是 如何 形成, 他 所 关注 的 彭罗斯 更 关注 的 这个 起点 的 形成, 更多 的 关心 的 是从 广义相对论 的 角度, 然后 物质 是 如何 塌缩 形成 一个 起点。

这个 过程 更多 的 可以 认为 是在 科普书 当中 比较 经典 的 是 恒星 演化 最后的 对 一条 路径 对 之一, 是的, 这 样子 的 一种 描述 了。 这个 可能 还会 回到 一个 老问题 了, 包括 其实 这 两年 对于 黑洞 的 关注 也是 非常 的 高, 然后 对于 黑洞 的 研究 也 非常 的 热。 这次 其实 诺 奖 又 给 了 这个 黑洞 的 相关 研究, 对 黑洞 研究 为什么 会 那么 热, 以及 它 为什么 那么 重要, 这个 可能 还是 得请 文文 老师 给 大家 来说 一说。

谈到 黑洞 的 研究 为什么 这么 重要 呢? 我们 可以 从 这个 角度 来 想。 比如说 我们 生活 在哪? 我们 生活在 地球, 地球 在 太阳系 当中, 太阳 是 一颗 恒星, 恒星 又是 在 星系 当中。 那么 我们 从 哪 来? 是不是 可以 追问 到 星系 从 哪 来? 刚好 我们在 观测 当中, 就 针对 我们 离 我们 比较 近 的 这些 星系 当中 的 这个 黑洞, 包括 我们 知道 星系 有 个 结果 叫 核球。

先 不 解释 核球 是什么, 就是说 星系 当中 有 多少 恒星, 恒星 的 质量 和 黑洞 的 质量。 我们 去 看 了 一下 发现 中心 黑洞 越大 的这 批 星系 当中, 它 外面 合球 里面 有的 星 恒星 的 质量 也会 越大, 也就 相当于 是 里面 的 这个 包 的 这个 黑洞 越 大外 面包 的 这个 恒星 也就 越多。 那么 是不是 就可以 说 星系 它是 怎么 长 的 和 黑洞 它是 怎么 涨 的 之间 有一个 关系。 这就 把 我们 和 黑洞 能够 这个 关系 拉 起来。

归根结底 它 还是 我们 从 哪里 来 对 这条 路径 的 科学 探索。

对, 这个 是我 比较 实在 的, 就是 让 听众 让 你们 服。 你看 黑洞 重要 研究 很 重要, 因为 它 跟 能 跟 我们 从 哪 来 能 关系 起来。 如果我 从 更大 的 角度, 就是 因为 这个 和 我自己 研究 的 一种 天体 叫 类星体 有关系。 类星体 就是 还在 活跃 吞噬 物质 的这 批 黑洞, 它 周围 能够 形成 信息 盘, 然后 发出 很强 的 光。 在 一定程度 上 它 扮演 了 我们 研究 宇宙 历史 的 灯塔 的 这样 一个 作用。

因为 类星体 它 发光 的 这个 效率 有多强 呢? 就 是从 这个 物质 质量 转化 为 光 的 这个 效率。 相当于 以前 我也 举 个 例子, 就 相当于 是你 在 银行 存 100块钱, 你 从 内心 体 里面 你可以 提取 少 则 十几块 钱, 多则 三十多块 钱。 如果 只是 普通 的, 比如说 像 我们 太阳 的 燃烧, 是你 存 100块钱 可以 取出 一块钱 的 这个 角度。 那么 类星体 它的 发光 效率 很高。 所以 你可以 看到 宇宙 非常 早期 的 这个 黑洞, 也能 看到 宇宙 中期 的 宇宙。 现在 的 这个 黑洞 就 相当于 你 通过 黑洞 可以 build, 可以 建立起 一个 样本 去 研究 宇宙 在 不同 时期 它的 一个 演化 的。

这个 的确 就有 这个 灯塔 的 感觉 了, 它 其实 是一个 很 重要 的 一个 标记, 而且 能够 很 好的 去 对比, 包括 去 反映 当时 以及 整个 的这 条 线性 的 发展到 现在, 它是 一个 什么样 的 过程。 是的, 当然 这个 说 大 了 其实 还是 回到 了 探索 宇宙探索 未知 这个 本来 就是 人类 的 本能 之一, 对 吧? 这个 也是 我们 这个 物种 为什么 和 地球 上 其他 的 芸芸众生 不太 一样的 一个 很 重要 的 点。 好, 今天 时间 关系 也 再次 感谢 我们的 老朋友, 来自 上海 天文台 的 副研究员 左 文文 博士 做客 给 我们 带来 来 的 这个 分析 盘点。 同时 也 带 大家 其实 再一次 重新认识 了 黑洞 以及 黑洞 研究 的 意义。 谢谢 你的 到来, 再见再见。 F M 出品。