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天下文化首頁 主題 科學自然 有一些非常美妙的事已經在天空中發生了......
科學自然

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2015.05.12
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愛因斯坦在1915年11月25日發表廣義相對論,震撼全球,扭轉了這一百年來科學技術的發展走向,引領人...
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有一些非常美妙的事已經在天空中發生了......


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可以真正看見黑洞的望遠鏡

其實我們並不需要等到衛星升空,有一些非常美妙的事已經發生了。奇異點的研究史非常多變,而且對於許多偉大心靈來說,從愛因斯坦及愛丁頓、乃至於惠勒(在他回神過來之前),奇異點的想法多麼討人厭。隨著類星體、中子星、X射線源的發現,以及惠勒、索恩、澤多維奇、諾維可夫、芮斯、林登貝爾及潘若斯等人的創意接連爆發,黑洞的概念已經牢牢植入我們的意識中。在 1960及 1970年代、那個索恩稱為廣義相對論黃金年代的末期,黑洞已經變成真實的天體了,就和恆星與行星一樣,是天文學及物理學的一部分。

我的書架上有兩本在黃金年代結束時出版的教科書。 307其中一本《重力》(Gravitation)是惠勒和他兩位非常優秀的門生,密斯納和索恩合寫的。全書超過一千頁,厚厚的一大本,而且書皮是黑色的,就像一本可怕的電話簿。書中附有非常精美的插圖,內文裝載了任何你可能想知道的關於時空的知識,還收錄了一份奇特的內容—惠勒在演講及研討會裡曾說出口的惠勒名言。

另一本教科書是粒子物理的標準模型創始人之一,溫伯格所寫。雖然溫伯格是量子物理的標竿人物之一,但他對廣義相對論也頗有涉獵,他的書《重力與宇宙學》很謹慎且客觀的介紹了愛因斯坦的理論。溫伯格的書對於黑洞沒有太多著墨。事實上,溫伯格只在書中某一小節的結尾處,非常保留的提及黑洞 —照他的說法,黑洞是未來我們可以留心觀測的一個現象。而這就好像,黑洞只是將廣義相對論推廣得有點過頭之後,所得到的結果。

是的,所有的證據似乎指出,在遠處及近處都有一些密實、極重的天體。你很難解釋它們,除非你將它們解釋成黑洞。但是說實話,沒有人真的看過黑洞。直接看黑洞這件事有點弔詭,那裡沒有東西可以讓你看,因為在施瓦氏包覆面背後的黑洞是看不到的。不過,我們看不見它,並不表示它們不值得我們一顧。事實上,有一個超級大的黑洞,就位在我們銀河系的中央。它的質量是地球的一億倍,半徑則大約一千萬公里。它很大,但是它也遠在數萬光年外的地方,這表示它在天穹中的視角只有一億分之一度,讓它看起來比針孔還小,遠小於我們現有的望遠鏡所能解析的尺度。只有透過最優秀、最有毅力的天文學家的努力,我們才能確認真的有個黑洞在那裡。

兩支研究團隊,一支在慕尼黑,另一支在加州,已經非常有耐心的追蹤:在接近銀河系中心之處飄移的一些恆星的運動。歷時十餘年的光陰中,他們記錄了那群一遍又一遍快速繞著圈的恆星的運動,而且他們發現,這些恆星的軌道非常彎曲,很顯然是被一個超級巨大的重力所吸引。謹慎測量這些恆星的軌道之後,他們不只計算出那個區域的重力有多強,還推斷出那些引力是從哪裡來的。將這些觀測數據結合在一起後,這兩支團隊就以非常高的精確度,測量出黑洞的質量,並且準確定出時空中奇異點之所在。

不僅如此,天文學家與相對論學者還一起動員起來,建構可以真正看見黑洞的望遠鏡。這臺事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope)308的視角解析度,可達十億分之一度,是那個黑洞在天穹中的視角的幾分之一,所以它將真的可以看見施瓦氏包覆面—正如歐本海默及史耐德所說,那像是凍結在時間裡的一張快照。施瓦氏包覆面會是一個黑暗的陰影,周遭是澤多維奇及諾維可夫所猜測的,會包圍著黑洞、像漩渦般移動的各種物質。這個由恆星、氣體及塵粒所構成的吸積盤,會因受到奇異點的重力吸引,而被撕成碎片。

累積下來的證據非常具有說服力。雖然溫伯格的謹慎不無道理,但是現在已經很難找到有人主張銀河系中心沒有黑洞了。和銀河系一樣,所有其他星系也都有一個黑洞穩穩居於星系中央,就像一部質量非常巨大的引擎被恆星的漩渦環繞著。

 摘自《完美的理論》

Photo:https://goo.gl/0cxSfs, CC Licensed.