光线都难以逃脱的黑洞

原标题：光线都难以逃脱的光线黑洞

图为对银河系中心的红外及X射线综合观测，银河系中心黑洞即处于这片范围内。都难的黑洞

黑洞，逃脱是光线人们耳熟能详的天文概念，也常被引申出天文学之外的都难的黑洞含义。然而，逃脱与其他经典天文概念不同的光线是，黑洞概念的都难的黑洞提出不过是近一个世纪的事，直到上世纪末才有确凿证据证实黑洞的逃脱存在。真正能通过视觉感知的光线黑洞“真面目”，则是都难的黑洞在2019年才实现的。

爱因斯坦的逃脱广义相对论提出后，很快被日食过程中恒星所在位置等天文观测证实。光线应用广义相对论进行一番理论计算后，都难的黑洞德国天文学家史瓦西给出了天体附近时空结构的逃脱特征，同时还推断出一种特别天体的存在。对于特定质量的天体，如果它的半径小于根据质量计算出的“史瓦西半径”，那么这个天体附近时空的曲率将足够大，使得一切物质只要落入“史瓦西半径”以内的范围，便难以逃脱，甚至包括光线传播的载体——光子。于是，在黑洞周围，存在一个叫作“视界”的范围。就像太阳落到地平线之下后，其发出的光芒就无法为人所见一样，在视界之内，包括光在内的任何信息都无法逃脱黑洞引力，外界观测者无法感知视界之内的信息。

有趣的是，史瓦西提出黑洞存在的可能，相关理论计算并不是在大学或研究所的办公室里，而是在烽火连天的战场上完成的。

1914年，刚满41岁的史瓦西已获得了丰硕的学术成果，成为有名的哥廷根大学教授，还获得了普鲁士科学院院士头衔。第一次世界大战爆发后，史瓦西成了军队一员，负责炮兵部队中的弹道计算工作。1915年，史瓦西在作战前线第一次读到了爱因斯坦广义相对论的相关内容，迅速理解了其中要义。在几个星期内完成了黑洞理论的计算，并将有关成果写成论文发表。然而，战争摧毁了他的健康。1916年，罹患一种免疫性疾病的他不得不从战场返回，几个月后便去世了。

史瓦西完成了“黑洞是什么”的理论计算，而原子弹之父奥本海默则在1939年完成了黑洞“如何形成”的理论计算。现在，天文学家一般认为，黑洞形成于大质量恒星在寿命末期的坍缩。上世纪五六十年代，天文学家将黑洞称为“引力完全坍缩星球”。1967年，物理学家惠勒正式提出“黑洞”这一简洁术语，来指代这种特殊星体。

虽然黑洞在理论上存在的可能性得到了物理学家和天文学家肯定，但要证实黑洞存在，还要从实际观测中找到证据。上世纪七八十年代，天文学家陆续观测到一些短时间内释放出巨大能量的天文现象，推断这些现象的能量来源正是黑洞。

确凿证据来自天文学家格兹对银河系中心天体的观测。建在夏威夷高山上的凯克天文望远镜，主镜口径达10米，能观测遥远宇宙中的暗弱天体。即便如此，凯克望远镜最初的性能仍无法满足格兹所要开展工作的需求。于是，格兹提出了一种对凯克望远镜原始观测数据进行再处理技术，利用多幅观测影像的相干分析，将观测图像的分辨率再提高20倍。这样，格兹就能提取到银河系中心一些恒星的运动信息。通过分析计算，格兹在1998年发现了20颗正以超高速围绕银河中心旋转的恒星。格兹认为，银河中心控制这些恒星的天体，质量高达太阳的260万倍。

望远镜并没有在那里发现质量如此巨大的发光物体，而唯一可能存在的天体就是黑洞。这个划时代发现，为一个世纪以来的黑洞理论找到了确凿证据，也让格兹成为2020年诺贝尔物理学奖的获奖人之一。（■李会超）

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