昨天，一張照片火了。一個國際科學(xué)團隊宣布了一條“爆炸新聞”（字面意思）：有史以來的第一張黑洞照片。人類又在天體物理學(xué)領(lǐng)域get到了“新技能”。那么，什么是黑洞，我們?yōu)槭裁匆芯亢诙矗拷裉欤緢蟊揪W(wǎng)記者獨家采訪了黑洞物理領(lǐng)域的權(quán)威研究學(xué)者——全國政協(xié)委員、中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院理論物理所研究員蔡榮根。

你看到的并不是黑洞本身，而是黑洞外面的光

記者：您能否為大家科普下什么是黑洞？

蔡榮根：所謂黑洞，簡單的說是一類非常特殊的天體，它的引力非常強，連光也無法逃逸，我們看不見它，所以叫做黑洞。它是愛因斯坦廣義相對論的一個預(yù)言。數(shù)學(xué)上指的是一個時空區(qū)域，這個區(qū)域的邊界叫做事件視界。這次觀測到它的望遠(yuǎn)鏡就叫事件視界望遠(yuǎn)鏡。它也是非常致密的一類天體。

黑洞也是恒星的最終命運之一，我們知道像太陽這樣的恒星，它是一個大號的氫彈，它進行核聚變來產(chǎn)生壓強以維持引力平衡，但是核聚變反應(yīng)結(jié)束之后，引力占據(jù)主導(dǎo)作用，恒星就會向內(nèi)坍縮，根據(jù)原來恒星的質(zhì)量的不同，恒星的命運就會有白矮星、中子星和黑洞這幾種情況。

一個恒星要是變成黑洞的話，至少需要3倍的太陽質(zhì)量。所以它是非常小且非常致密的。地球半徑6371公里，我們要把它變成黑洞的話，那么它的半徑就只有幾毫米了。如果太陽變成一個黑洞的話，那么他就會被壓縮成一個半徑只有3公里的黑洞。1915年，愛因斯坦的廣義相對論首次提出黑洞的概念。1916年，基于愛因斯坦的廣義相對論，德國天文學(xué)家史瓦西得出了愛因斯坦方程的第一個精確解。直到1968年，“黑洞”這個詞才被著名的理論物理學(xué)家惠勒所提出。

在當(dāng)時的研究中，大家都以為這樣的一個天體完全是不應(yīng)該存在的，因為當(dāng)時完全是依據(jù)數(shù)學(xué)解釋。事實上黑洞在宇宙當(dāng)中是大量存在的，比如銀河系中心就有一個超大質(zhì)量黑洞，也叫做人馬座黑洞，它離地球有26000光年，它的質(zhì)量大概是400萬倍太陽質(zhì)量。

這次看到的是M87星系里面的一個超大質(zhì)量黑洞，離我們有5500萬光年。它的質(zhì)量非常巨大的，應(yīng)該是65億倍的太陽質(zhì)量。黑洞基本上可以分成四類，我剛才講的叫做恒星坍縮形成的黑洞，這叫恒星級的黑洞，那么它的質(zhì)量就是3到100倍的太陽質(zhì)量，這是屬于恒星級黑洞。銀河系中心的黑洞，或者說這次發(fā)現(xiàn)的黑洞，這叫超大質(zhì)量黑洞，他是10的5次方到10的10次方的太陽質(zhì)量，這叫超大質(zhì)量黑洞。

還有一類叫中間質(zhì)量黑洞，大概就是1000倍到1萬倍的太陽質(zhì)量。

第四類是原初黑洞，這是在宇宙極早期的時候密度漲落形成的黑洞，2016年我們發(fā)現(xiàn)了引力波，引力波是由兩個黑洞撞在一起產(chǎn)生的，當(dāng)時2016年引力波的發(fā)現(xiàn)，可以說是第一次聽到了黑洞，這次是看到了黑洞。黑洞是黑的，本來是看不見的，但是黑洞周圍有氣體的話，因為黑洞的引力非常強，從物理的語言說就是時空的扭曲非常厲害，所以這個氣體在里面運動的話，由于引力作用，它會發(fā)出很強烈的光！這就是為什么能夠拍照片的原因。你看到的事實上并不是黑洞本身，而是黑洞外面的光。 咱們看到的光都是在黑洞外面，所以也就是黑洞的影子。這就是黑洞的一個基本概念。

記者：人類研究黑洞的意義是什么？

蔡榮根：我想有兩個原因：因為黑洞是一種天體，首先，研究黑洞是對自然規(guī)律的探索。既然這個是客觀的存在，我們就需要把它弄清楚、弄細(xì)致。因為它對宇宙的結(jié)構(gòu)的形成，天體的演化，對天體物理的研究是具有非常重要的意義。第二，黑洞是愛因斯坦廣義相對論的一個預(yù)言，在牛頓的萬有引力定律里面，事實上是沒有黑洞這個概念的。 黑洞的存在提供了一個證據(jù)，證明愛因斯坦廣義相對論是對的。

這個黑洞很小，就像在地球上看月球上的一個硬幣

記者：這是人類歷史上第一張黑洞的照片，為什么說這個照片非常難拍攝？

蔡榮根：這個黑洞很小，比如一般的恒星，因為它體積很大，又發(fā)光，所以就能拍出來。很小的話你就很難拍，因為像這樣的黑洞的拍攝，有一個很形象的比喻，就是在地球上面看月球上面一個硬幣大小的一個東西，難度是非常巨大的，而且這個黑洞又離我們很遠(yuǎn)。

記者：這次拍到的黑洞照片，對研究黑洞有何意義呢？

蔡榮根：有意義，一來它可以檢驗愛因斯坦的廣義相對論，就是證明黑洞影子的形狀跟理論的預(yù)言是不是相符的問題，這是一個很重要的方面。第二可以弄清楚黑洞外面的這些氣體的運動，這些氣體入到黑洞里面去，它理論的計算跟實驗的觀測是不是相符？

真能實現(xiàn)星際穿越嗎？

還沒有定論

記者：在很多電影里面，黑洞都是作為一個空間折躍的一個蟲洞，這回真正拍到它了，對利用黑洞做一些星際穿越星際旅行理論研究有沒有一些幫助或者一些啟發(fā)？

蔡榮根：你這個問題非常好，黑洞以前都是科幻小說中的一種東西，那么現(xiàn)在引力波的探測，與黑洞的拍照把黑洞確確實實變成了一個客觀存在。以前很多做研究引力的人是不相信黑洞的存在，現(xiàn)在變成了科學(xué)研究的主要前沿。

前幾年不剛好有個叫《星際穿越》的電影，這部電影的科學(xué)顧問Kip Thorne，是2017年的諾貝爾獎獲得者，他就是在引力波探測方面做了很大貢獻(xiàn)。我們現(xiàn)在看到的是黑洞的外部結(jié)構(gòu)，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)到底是什么？能不能夠作為蟲洞穿越到另外一個宇宙當(dāng)中去？現(xiàn)在是從理論上來說是可以的，但實際上來說能不能做到這個星際穿越還是沒有一個定論。 因為我們對黑洞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在可以說是一無所知。但以后黑洞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究，在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域會變成一個非常重要的研究課題。

記者：能否請您為大家科普一下，現(xiàn)在黑洞研究有哪些方向？ 能否向大家簡單介紹一下您所研究的內(nèi)容？

蔡榮根：黑洞的研究方向，一個是從天體物理的角度，研究黑洞的形成機制。黑洞是怎么形成的？黑洞外面的這些物理過程非常激烈，這叫極端條件下的物理過程。這是天體物理角度，因為黑洞的形成，它比如說星系里面是怎么演化的。比如說引力波發(fā)現(xiàn)？雙黑洞是怎么形成的？ 在宇宙的形成過程中，這些黑洞是怎么形成的？還有一個很重要的理論方面的意義，因為1974年霍金發(fā)現(xiàn)黑洞并不是黑的，會向外輻射物質(zhì)，這叫霍金輻射，它可以用來檢驗量子引力效應(yīng)。引力是自然界中的四種基本相互作用。我主要研究的是黑洞的量子性，霍金輻射、引力的本質(zhì)、黑洞看上去很復(fù)雜，事實上黑洞也是很簡單，它只有三個參數(shù)，叫黑洞的無毛定理。