《环球》杂志:黑洞自身会发生什么变化?比如银河系黑洞会不会越来越大 , 最后把整个银河系都吞噬进去?
蔡峥:如果银河系一直这么演化下去 , 黑洞是不会把所有物质都吸进去的 。 因为银河系是有角动量的 , 比如说太阳围着黑洞转 , 只要一直保持这个速度 , 它就不会被就吸进去 。 但一旦与别的星系发生碰撞 , 角动量发生损失 , 银河系就会全部掉进黑洞 。 当然 , 外部星系碰撞是极小概率事件 , 可能几十亿年才发生一次 。
黑洞是黑的 , 如何成像?
《环球》杂志:这次的银河系中心黑洞照片 , 与人类“拍到”的第一张黑洞“照片”——室女座巨椭圆星系M87中心黑洞 , 都是由“事件视界望远镜”(EHT)合作组织于2017年拍摄的 , 两次黑洞照片有何不同?为什么银河系中心黑洞距离地球更近 , 照片却比遥远的M87中心黑洞“冲洗”出来晚了3年?
蔡峥:人类首次拍到的M87黑洞是银河系外的一个质量很大的黑洞 , 其质量是太阳的65亿倍 。 这次的人马座A*黑洞是银河系内的黑洞 , 离我们更近 , 质量相对较小 , 超过太阳质量的400万倍 , 两个黑洞旋转的速度也不一样 。
银河系人马座A*黑洞照片出来较晚 , 是因为其“冲洗”难度远高于M87 。 银河系的黑洞虽然小 , 但是很活跃 , 光变比较强烈 , 而M87的光变很稳定 。 拍银河系黑洞照片需要的空间分辨率 , 相当于在北京拍摄位于上海的一根头发丝 。
《环球》杂志:什么样的设备才能拍摄出黑洞照片?
蔡峥:EHT调动全球8台射电望远镜进行拍摄 , 无限逼近一台镜片直径相当于地球直径的巨型望远镜所拍摄到的结果 。 这8台射电望远镜主要分布在西半球 , 包括位于智利、夏威夷、墨西哥等地的多台望远镜组成的超大射电阵 , 集中了人类最先进的毫米波望远镜 。
其实拍摄一般只需要4到5天 , 难的是数据处理 , 需要很多年 。 这些望远镜总共拍出的数据量大概有10PB(拍字节) 。 10PB有多大?假如一部2GB的高清电影需要2小时看完 , 那么要看完10PB的高清电影 , 则需要24小时不间断地观看近1200年 。 多亏有计算机辅助加快了数据处理速度 , 但依然动用了200多人努力分析四五年 , 才完成它 。
《环球》杂志:黑洞是黑的 , 那么拍摄黑洞的毫米波射电望远镜 , 是如何捕获到黑洞照片的?
蔡峥:射电望远镜捕获到的其实是从黑洞吸积盘上逃逸出来的光子 。 我们并不是给黑洞成像 , 而是给快掉进黑洞的那些物质成像 。 就好比 , 我们拍摄一个山洞 , 照片里能看到的其实是山洞外部的山体 , 并非山洞本身 。
普通望远镜接收的是可见光 , 毫米波射电望远镜接收的是天体发出的毫米波 。 毫米波的优势是波长更长 , 传播距离更远 , 抗干扰能力强 。 比如遇到沙尘暴 , 可见光、红外光都难以穿透 , 但毫米波可以穿过 。 银河系就包裹在一团巨大的尘埃里边 , 只有毫米波才能穿过 。 不过用毫米波拍照和红外成像有点像 , 最终的照片是没有颜色的 , 因为颜色是可见光的范畴 。 人们只能根据波长的不同给毫米波照片后期上色 。
其实人体也在发射毫米波 , 只不过很弱 。 如果我们有一个毫米波相机 , 也可以拍出人类发出的毫米波 。 美国一些机场安检用的就是毫米波设备 , 传统X射线安检是用光子穿透你的身体 , 对人有伤害 , 而毫米波穿透人的能量更低 , 对人基本无害 。
《环球》杂志:通过黑洞照片 , 我们能够得到哪些信息?
蔡峥:将这些实际观测数据与计算机数值模拟进行对比 , 我们可以再次证明爱因斯坦的广义相对论是对的 。 另外它也加深了人类对于黑洞本身的认识 , 比如黑洞的质量、旋转速度等 。
“时间旅行”会实现吗?
《环球》杂志:美国导演克里斯托弗·诺兰在电影《星际穿越》里实现了黑洞的诸多假说 , 为全球观众建构了令人惊艳的卡冈图雅黑洞外部和内部的影像 。 但感觉与这次拍到的黑洞不一样?
蔡峥:《星际穿越》用计算机模拟出的超高清卡冈图雅黑洞 , 并不是真实存在的 , 它的质量达到了太阳的1亿倍 。 在电影里 , 我们相当于乘着宇宙飞船在超近距离观看黑洞 , 它好像两个扣在一起的草帽 , 巨大的“帽檐”就是黑洞的吸积盘 。
《环球》杂志:在黑洞里 , 时间和空间尺度和现实中有什么不一样?
蔡峥:有很大不一样 , 在黑洞里时空概念是反的 , 即你在黑洞空间里行走 , 实际是在穿越时间 , 可以回到过去 , 也可以走到未来 。 比如 , 在黑洞里你有可能看到爷爷出生时的样子 。 再比如 , 现实中我们给中国拍一张全景照片 , 照相机里是同一时刻中国不同地域的样子 , 但如果在黑洞里也用这么大视场拍下照片 , 拍到的则是中国在不同历史时期的样子 。
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