黑洞背后的魅力,看不见才是真正的伟大!

01 富有诗意的黑洞

最近几天黑洞照片刷频了,
一幅绚丽的黑洞照片呈现在眼前,
有人说是跑焦了,有人说曝光过度了,有人说像甜甜圈...

图片来源于ESO(不知道“视觉中国”是否会告我盗版?)

一时间,各种科普扑面而来,
综合起来是三点:
1、核心理论:爱因斯坦的广义相对论又被验证了一次
2、光环解释:光环实际上是黑洞引力范围内吸积盘所产生的辐射能量照片,中间才是黑洞。光环有明有暗是因为运动方向不同,属于“红移”或“蓝移”现象。
3、成像技术:并非直接拍摄,而是整合全球多个天文望远镜采集原始信息,并通过算法还原的照片。

黑洞,本是一个可怕死寂的宇宙空间,但是,黑洞背后的哲学,又让这个可怕死寂的空间又充满着魅力和伟大。

万维纲精英日课有一节《黑洞边上的诗意》,做了个思想实验,我看着特别带劲儿:
假设你前往黑洞附近,我在远处看你,由于时空弯曲,时间膨胀效应,看到你离黑洞越近,动作就会越来越慢,直到黑洞的边界,也就是“事件视界”,你进入“事件视界”前的这一瞬间,你的形象将会永远定格!

来自万维纲经营日课《黑洞边上的诗意》

黑洞的边界上的“事件视界”,精彩而又有诗意,但究其背后是因为有黑洞的存在,光环中间的那片漆黑空间,才是“事件视界”的主宰。

我感叹真正的伟大,不是那些我们能看见的,而往往是我们看不见的!

02 绚丽光环背后的奇迹

MIT 90后 美女博士 Katie Bouman,在 TED 上演讲提到,如果要直接拍摄这个黑洞,需要直径是整个地球那么大的望远镜。

但是,他们创造性地整合了全球8个位置的望远镜,并根据地球自转从不同角度采集信息,最后用算法进行合成,成功模拟了一个虚拟的超级望远镜。

为了保障科学严谨性,还需要避免合成算法以预想的图像先入为主,避免参入太多广义相对论的公式(保持公正性),并经过不同团队和不同照片特性的验证,形成了我们看到的这副照片。

也就是说我们看到的这个绚丽的光环,是一个合成的图片。
而我们想看的东西,原来并不可见!

重建算法的验证,来自TED演讲截图

一个合成的光环,吸引了我们的眼球,我感叹,从此以后,我们的所见所得,到底还有多大的意义?
而那些光环表面背后的智慧,才是我们真正应该关注东西。

03 黑洞背后的伟大

广义相对论其实不复杂,不外乎两点:
1、有质量的物体会导致周围时空弯曲;
2、物体沿着弯曲时空中的测地线(最小路径)运动

大把书介绍相对论,我这里不展开。

但是,相对论的精彩之处,在于一次又一次地打破了我们以往的认知。

牛顿告诉我们,“万有引力”是一种力的概念,而广义相对论认为没有引力,物体的运动不过是时空弯曲而已!

虽然不懂,我还是喜欢欣赏这个伟大漂亮的广义相对论引力场方程式:

G_{\mu\nu}=\frac {8 \pi G}{c^4}T_{\mu\nu}

据说数学推导极其复杂,连爱因斯坦都要找数学家帮忙推导,
但是公式与万有引力一样,简洁漂亮。

更关键的是,相比牛顿万有引力的直白,这个公式有了更多的内涵,
它能够描述的世界几乎可以包罗万象(量子力学以外)。

广义相对论的伟大在于是先推导出公式,后人通过观测到的各种表面现象一一验证,如黑洞事件视界、引力透镜效应、引力波监测、引力红移等。

看看引力透镜:由于时空被弯曲,星系背后的星系影像被弯曲形成一个完美的环,广义相对论完美解释这种现象。


图片来自ESA/Hubble & NASA

另外,引力红移,也就是时空弯曲导致的时间膨胀,会导致GPS卫星的时钟比我们地面的时钟走得更快,这也可以通过广义相对论精确地解决。

我们总说要透过现象看本质,但是表面的现象经常不那么容易被发现,背后的本质,又如此的伟大和神秘!

04 看不见的伟大,才是主宰我们的神

我从小喜欢天体,后来看到《人民的名义》中,孙连城仰望星空的那段场景,我是莫名的认同,相比宇宙之浩瀚,时空之无限,我们可以试着度量一下自己的格局,这时候,我们眼下的喜悦和焦虑又算什么呢?

抱怨,不过是不理解自己的格局与世界的格局之间的差异,而形成的不良情绪。你的格局再大,相比黑洞和宇宙,你就不再会自以为是。

连帝王将相也如蝼蚁般,那么沙瑞金、高育良、李达康又算什么?

如果说虚拟超级望远镜让无法观察的东西变为看得见,
那么相对论给我们带来了更多的反直觉认知,让我们对未知产生了敬畏。

你没感觉到,不等于不存在,看看我们的人生,何尝不是被那些我们未知,但又早就存在的东西所主宰?

我们可以认为时间是永远平滑地流逝,我们可以认为距离永恒不变,
但是放到宇宙视角,我们才发现主宰我们的是那些弯曲的空间和可以膨胀的时间。
我的坐标参照系与你的坐标参照系完全不同,铸就了你我不同的人生。

别说宇宙,这普通的生活你还有多少没有看见?

当夜深人静时,我们躺下,享受着地面给我的“推背感”的时候,我以为这一刻一切都静止了,其实都是“幻觉”。

原来,我跟刚才过去的那一秒已经相差了c^2t^2,同时我还忘了有一条“测地线”一直在指示着自己的运动方向。

由此看来,我们连自由都是一种幻觉,从幻觉中带着对未知的敬畏,在这宇宙中,留下一点小小的熵,或许就是我们生命中的意义。

---end---

参考文献
1、Katie Bouman Ted演讲:
https://www.ted.com/talks/katie_bouman_what_does_a_black_hole_look_like/transcript?language=zh-tw#t-694673

2、万维纲精英日课第3季

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