这是个甜甜圈！黑洞和其他谜团

天文学刚刚有了一个突破，那就是拍摄到了人马座A*，位于我们银河系中心的超大质量黑洞。但黑洞到底是什么？让我们来深入了解一下这个物理学上的洞。

如果你以前没有听说过黑洞，顾名思义，它就是一个巨大的黑色的洞。然而，千万不要低估这个洞，因为它有强大的引力。人马座A*是将银河系固定在一起的黑洞，据美国宇航局估计，我们的银河系有10万光年宽。一光年是光（被认为是普遍的速度极限，每秒299,792.458千米）在一年内的距离，这是很远的。当你把这个数字乘以100,000时，你会得到一个更大的数字。那么这些巨大的洞是如何形成的呢？

这些黑洞是在一颗恒星因其重量坍塌时形成的。如果这颗恒星坍塌后的质量是太阳质量的2.8倍以上，它就会坍缩（继续坍塌）成一个密度无限大的点，即所谓的奇点。现在是逃逸速度发挥作用的时候了。逃逸速度是逃离质量的引力所需的速度。地球的逃逸速度是每秒11公里。但黑洞的引力非常强大，逃逸速度比光速还快。因此，没有任何东西，包括光，可以逃离黑洞。因此，没有光可以照亮它，这就是为什么黑洞是黑色的。一旦你冒险超过所谓的事态界线，就没有回头路可走了。它所吸纳的一切都被压缩到奇点中，再也看不到了。

有四种类型的黑洞，但今天我们将只讨论两种。第一种是恒星黑洞，通常在10到20个太阳质量之间（一个太阳质量等于我们太阳的质量）。只有最大的恒星会坍缩成恒星黑洞。如果你的脚先被吸进去，你会被拉成一根面条。你的脚会感受到数百万倍于你的头所感受到的重力。我不是在开玩笑，这种现象被称为，Spaghettification，或面条效应。

第二种类型是超大质量黑洞，科学家认为宇宙中的每个星系都有一个这样的黑洞。其中最大的一个质量相当于1.4亿个太阳。至于人马座A*，其质量是我们太阳的430万倍。如果你掉进其中一个，你不会感觉到太大的差别，因为与黑洞的质量相比，你的身体长度并不重要。所以引力在两端的作用几乎是一样的。在这两种情况下，引力会以不同的方式作用于你的身体。

总之，继续前进。在一开始，我提到黑洞有点像刺破了物理学中的一个洞。我们需要看一下阿尔伯特·爱因斯坦和他的相对论来解释这个问题。爱因斯坦说，宇宙的结构称为时空，引力使其出现曲率。但是，由于弯曲的路线（由引力引起的曲率）让光传播的时间比直线（没有引力作用）长，然而光速是恒定的，这就说不通了。所以，爱因斯坦找到了一个变通办法。他假设时间会变慢，以考虑到光在弯曲的时空里需要走更长的距离。事实证明（正如爱因斯坦通常的做法），他是对的。这意味着地球上的时钟比国际空间站（ISS）上的时钟稍快，并被证明是真的。在使用GPS导航时，它被计算在内。如果没有，地图会给你不准确的信息。尽管爱因斯坦已经解释了引力是如何工作的，但它并没有解释引力是如何形成的，而这仍然是天文学家正在思考的问题。

因此，当黑洞进入这个画面时，一些奇怪的事情开始发生。因为黑洞的引力是如此强大，它使时空变得如此弯曲，以至于时间几乎停止。如果你掉进一个黑洞，对于事态界线外的观察者来说，你会向黑洞坠落，然后停止。你似乎从来没有穿过事态界线，而是逐渐消失了。当然，从你的角度来看，你会被吸进奇点。为什么会消逝？这是由于时间变慢了。你似乎被悬挂在半空中，直到照亮你的光线也被吸进去，你才会消逝在虚无之中。所以这就是黑洞如何能打破物理学。

根据你的观点，距离地球26,000光年的人马座A*可能很近也可能很远。由于人马座A*位于银河系的银河中心，对天文学家来说，以高分辨率拍摄黑洞一直是一个挑战。即使它有巨大的质量，在夜空中拍摄一个黑洞就像试图拍摄在月球上的一个甜甜圈。说到甜甜圈，人马座A*的照片看起来很像一个红色的甜甜圈，周围是空旷的黑暗。但是我们应该记住，有关的照片是黑洞的“影子”，因为我们看不到事态界线；所有的光都被吸进去了。地球上的任何光学望远镜都无法拍摄到浩瀚天空中如此微小的一个点。这就是为什么我们需要另一种望远镜。来看看射电望远镜。

它的工作原理就像一个无线电天线，它扫描天空并捕捉到无线电波。黑洞发射出无线电波，这些电波传到地球上，在无线电碟上反弹，进入末端的接收器。由于每个波传播的距离和反弹的角度和速度相同，接收器会在同一时间接收到它们，而且波谷与波谷相衬，波峰与波峰相伴，它们叠加性地相互干扰，形成图像中的一个亮点。但如果你想看到甜甜圈人马座A*，你需要更高的分辨率或更清晰的焦点。有两种方法可以实现这一点。第一种是探测较短波长的无线电波。问题是，这些电波会被黑洞周围的物质或我们的大气层挡住。

所以天文学家们想出了第二个解决方案，这听起来很傻——增加无线电碟的直径。通过计算，你会发现这个碟子需要和地球一样大（意味着碟子的直径和地球的直径一样大），才能获得高分辨率，拍摄到人马座A*。天文学家和科学家们都找到了一个方法。与其用一个大碟子，为什么不把它分成几个较小的无线电碟（或射电望远镜），遍布各大洲？这就等于创造了一个巨大的无线电碟。这个解决方案的唯一问题是，你无法建立一个接收器来接收并实时添加所有的信息来创建人马座A*的图像。因此，唯一的选择是让每个望远镜存储它的信息，然后将产生在硬盘上的几十亿字节的数据运送到一个中央位置，在那里可以得到分析（这是最快的方法）。所有不同望远镜记忆中的亮点将被排成一排，由于每台望远镜的位置不同，我们可以创建人马座A*的图像。完成这项工作所需的一系列望远镜有一个有趣的名字：事态界线望远镜合作组织。

在这里我还应该说，拍摄人马座A*并不是我们第一次拍摄黑洞；那是在2019年，我们就拍摄到了位于M87星系中心的超大质量黑洞，该星系距离地球约5500万光年。为什么我们能拍摄到一个在不同的星系中那么远的黑洞？据推测，这是因为M87的黑洞比人马座A*要稳定得多。人马座A*可能每隔几分钟就会发生变化，这使得它更难拍摄。

到目前为止，我们一直在谈论黑洞和它们的神秘特性。但是在谈论黑洞的时候，也许我们还应该介绍一下它被忽视的孪生兄弟，白洞。白洞是与黑洞完全相反的。白洞会“打嗝”，它的事态界线是“禁止进入点”；你无法进入白洞。尽管我们知道它的一些特性，但白洞如何形成仍然是个谜，就像黑洞一样神秘。一些理论认为，白洞是在黑洞死亡时形成的，它们会把过去作为黑洞时吸进的物质打嗝出来。如果是这样的话，那么也许我们一直都错了，黑洞并没有这个“无限密度点”，即奇点。如果白洞理论是真的，那么黑洞只是另一个通往我们还不知道的其他世界的通道。而且，考虑到大爆炸甩出了粒子和物质，这也是白洞的属性，你不觉得这很奇怪吗？

亲爱的读者，我们所涉及的东西只是可观察到的宇宙中的事物。自从大爆炸和时间的开始（据我们所知）138亿年前，我们的宇宙一直在扩张。但是有些东西离我们很远，以至于这些物体的光线还没有到达我们这里，这意味着我们看不到这些物体。可观测的宇宙的直径约为460亿光年。然而，在这之外仍有一些东西，我们可能永远无法看到。不管你喜不喜欢，我们仍然有很多可供学习和拍摄的宇宙知识。这就是本期新新闻新闻一分钟的制作。谢谢您的阅读，请在下次收听更多。