昨天，一張照片火了。一個(gè)國(guó)際科學(xué)團(tuán)隊(duì)宣布了一條“爆炸新聞”（字面意思）：有史以來(lái)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?？今天，本?bào)本網(wǎng)記者獨(dú)家采訪了黑洞物理領(lǐng)域的權(quán)威研究學(xué)者——全國(guó)政協(xié)委員、中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)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(jiǎn)單的說(shuō)是一類非常特殊的天體，它的引力非常強(qiáng)，連光也無(wú)法逃逸，我們看不見(jiàn)它，所以叫做黑洞。它是愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的一個(gè)預(yù)言。數(shù)學(xué)上指的是一個(gè)時(shí)空區(qū)域，這個(gè)區(qū)域的邊界叫做事件視界。這次觀測(cè)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(yùn)之一，我們知道像太陽(yáng)這樣的恒星，它是一個(gè)大號(hào)的氫彈，它進(jìn)行核聚變來(lái)產(chǎn)生壓強(qiáng)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(huì)向內(nèi)坍縮，根據(jù)原來(lái)恒星的質(zhì)量的不同，恒星的命運(yùn)就會(huì)有白矮星、中子星和黑洞這幾種情況。

一個(gè)恒星要是變成黑洞的話，至少需要3倍的太陽(yáng)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(yáng)變成一個(gè)黑洞的話，那么他就會(huì)被壓縮成一個(gè)半徑只有3公里的黑洞。1915年，愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論首次提出黑洞的概念。1916年，基于愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，德國(guó)天文學(xué)家史瓦西得出了愛(ài)因斯坦方程的第一個(gè)精確解。直到1968年，“黑洞”這個(gè)詞才被著名的理論物理學(xué)家惠勒所提出。

在當(dāng)時(shí)的研究中，大家都以為這樣的一個(gè)天體完全是不應(yīng)該存在的，因?yàn)楫?dāng)時(shí)完全是依據(jù)數(shù)學(xué)解釋。事實(shí)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(gè)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(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量。

這次看到的是M87星系里面的一個(gè)超大質(zhì)量黑洞，離我們有5500萬(wàn)光年。它的質(zhì)量非常巨大的，應(yīng)該是65億倍的太陽(yáng)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(jí)的黑洞，那么它的質(zhì)量就是3到100倍的太陽(yáng)質(zhì)量，這是屬于恒星級(jí)黑洞。銀河系中心的黑洞，或者說(shuō)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(yáng)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(wàn)倍的太陽(yáng)質(zhì)量。

第四類是原初黑洞，這是在宇宙極早期的時(shí)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(gè)黑洞撞在一起產(chǎn)生的，當(dāng)時(shí)2016年引力波的發(fā)現(xiàn)，可以說(shuō)是第一次聽(tīng)到了黑洞，這次是看到了黑洞。黑洞是黑的，本來(lái)是看不見(jiàn)的，但是黑洞周圍有氣體的話，因?yàn)楹诙吹囊Ψ浅?qiáng)，從物理的語(yǔ)言說(shuō)就是時(shí)空的扭曲非常厲害，所以這個(gè)氣體在里面運(yùn)動(dòng)的話，由于引力作用，它會(huì)發(fā)出很強(qiáng)烈的光！這就是為什么能夠拍照片的原因。你看到的事實(shí)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(gè)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(gè)原因：因?yàn)楹诙词且环N天體，首先，研究黑洞是對(duì)自然規(guī)律的探索。既然這個(gè)是客觀的存在，我們就需要把它弄清楚、弄細(xì)致。因?yàn)樗鼘?duì)宇宙的結(jié)構(gòu)的形成，天體的演化，對(duì)天體物理的研究是具有非常重要的意義。第二，黑洞是愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的一個(gè)預(yù)言，在牛頓的萬(wàn)有引力定律里面，事實(shí)上是沒(méi)有黑洞這個(gè)概念的。 黑洞的存在提供了一個(gè)證據(jù)，證明愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論是對(duì)的。

這個(gè)黑洞很小，就像在地球上看月球上的一個(gè)硬幣

記者：這是人類歷史上第一張黑洞的照片，為什么說(shuō)這個(gè)照片非常難拍攝？

蔡榮根：這個(gè)黑洞很小，比如一般的恒星，因?yàn)樗w積很大，又發(fā)光，所以就能拍出來(lái)。很小的話你就很難拍，因?yàn)橄襁@樣的黑洞的拍攝，有一個(gè)很形象的比喻，就是在地球上面看月球上面一個(gè)硬幣大小的一個(gè)東西，難度是非常巨大的，而且這個(gè)黑洞又離我們很遠(yuǎn)。

記者：這次拍到的黑洞照片，對(duì)研究黑洞有何意義呢？

蔡榮根：有意義，一來(lái)它可以檢驗(yàn)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)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(wèn)題，這是一個(gè)很重要的方面。第二可以弄清楚黑洞外面的這些氣體的運(yùn)動(dòng)，這些氣體入到黑洞里面去，它理論的計(jì)算跟實(shí)驗(yàn)的觀測(cè)是不是相符？

真能實(shí)現(xiàn)星際穿越嗎？

還沒(méi)有定論

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

蔡榮根：你這個(gè)問(wèn)題非常好，黑洞以前都是科幻小說(shuō)中的一種東西，那么現(xiàn)在引力波的探測(cè)，與黑洞的拍照把黑洞確確實(shí)實(shí)變成了一個(gè)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(gè)叫《星際穿越》的電影，這部電影的科學(xué)顧問(wèn)Kip Thorne，是2017年的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，他就是在引力波探測(cè)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(chóng)洞穿越到另外一個(gè)宇宙當(dāng)中去？現(xiàn)在是從理論上來(lái)說(shuō)是可以的，但實(shí)際上來(lái)說(shuō)能不能做到這個(gè)星際穿越還是沒(méi)有一個(gè)定論。 因?yàn)槲覀儗?duì)黑洞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在可以說(shuō)是一無(wú)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(huì)變成一個(gè)非常重要的研究課題。

記者：能否請(qǐng)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(jiǎn)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(gè)是從天體物理的角度，研究黑洞的形成機(jī)制。黑洞是怎么形成的？黑洞外面的這些物理過(guò)程非常激烈，這叫極端條件下的物理過(guò)程。這是天體物理角度，因?yàn)楹诙吹男纬?，它比如說(shuō)星系里面是怎么演化的。比如說(shuō)引力波發(fā)現(xiàn)？雙黑洞是怎么形成的？ 在宇宙的形成過(guò)程中，這些黑洞是怎么形成的？還有一個(gè)很重要的理論方面的意義，因?yàn)?974年霍金發(fā)現(xiàn)黑洞并不是黑的，會(huì)向外輻射物質(zhì)，這叫霍金輻射，它可以用來(lái)檢驗(yàn)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(shí)上黑洞也是很簡(jiǎn)單，它只有三個(gè)參數(shù)，叫黑洞的無(wú)毛定理。