在黑洞中你会看到什么？

马库斯·伍　高鹏

在黑洞周围，会有某种力量把你拉进去。黑洞的引力毫无疑问是强大的，即使是光也休想逃脱它的魔掌。但是，黑洞中还有另外一些东西，一些我们难以准确描述的东西。也许，正是黑洞那绝对的黑暗以及神秘莫测、无边无际的深渊挑动着你——或者说强迫着你——斗胆靠近。

进入黑洞的旅行将是一趟单途旅行。一旦你跨过了事件视界，也就是连光也无法逃脱的临界点，就再也无法回头了，最可能的结果是你将以一种悲惨的方式死去。好吧，如果这些还无法让你就此却步的话，起码可以先探讨一下，如果我们造访一个黑洞，都可能会看到些什么。

当一颗大质量恒星（质量大概需要达到我们太阳的25倍以上）耗尽它的燃料时，就会因自身的引力坍缩，从而形成一个黑洞。在银河系的恒星中，大约每1000颗里就有1颗能大到足以制造一个黑洞。银河系拥有至少1000亿颗恒星，这意味着大约有1亿个黑洞潜伏在银河系中。不过，别忘了，太空是浩瀚无比的，即使你以光速旅行，要到达最近的黑洞仍要耗费数千年时间。

但是，就让我们假设你精通星际旅行，不管你是通过曲速引擎推进也好，还是通过虫洞也好，总之，你到达了一个黑洞。你会看到什么？

排水口的漩涡

好吧，这些都不是真实发生的。一个孤零零的黑洞，毋庸置疑，它是黑的。如果你围着它转上一圈，就会注意到它是球形的，而不像我们平时所见的通常意义上的洞。如果它是转动的（就像宇宙中的大多数天体都存在某种程度的自转），那么这个黑洞的赤道将比其两极更宽，不是一个完美的球形。

然而，更具戏剧性的一幕是，有一个超大质量黑洞就在银河系中心安了家，其质量几乎是太阳的400多万倍。黑洞的引力使得大量气体和尘埃聚集在它的周围，这些气体和尘埃聚集成盘状，螺旋形运动着进入黑洞——就像是排水口的漩涡。在这些物质被消耗的同时，摩擦会将它们加热到几十亿摄氏度的高温，同时产生大量的射线，并发射出能量和带电粒子。

这个炽热的圆盘将会相当壮观。至于黑洞本身，你是无法直接看到的，因为它处在气体和尘埃的笼罩中。不过，你可以看到黑洞的引力如何使其周围的光线拐弯和扭曲，从而在环绕黑洞的物质上创造出一个视觉印记——黑洞影子。引力还会扭曲影子本身，使它看上去比真正的黑洞大5倍。

通常来说，我们认为光是笔直向前传播的——光子风驰电掣、一往无前。但是，在靠近黑洞的区域，强大的引力拉住了光子，使它们绕着黑洞旋转，形成轨道。在这些光子中有那么一些设法逃脱并到达了你的眼睛（或者望远镜），而你看到的，就是一个镶在阴影周边的明亮圆环。

与此同时，在物质圆盘的内侧，其环绕黑洞运行的速度接近光速。根据爱因斯坦的相对论，如果一个光源向你飞奔而来，那么它会显得更加明亮。如果你正好在物质圆盘的侧面看黑洞，圆盘冲你而来的一侧的光芒将更为明亮，从而在黑洞的这一侧形成一个明亮的新月形。

明亮且清晰

因此，虽然你不能直接看到黑洞，但你可以看到它的影子，它是被明亮的圆环和新月形的光包围着的。一些研究人员担心，从圆盘中喷出的气体、尘埃和带电粒子可能会使得这戏剧性的一幕变得模糊。为了准确地预测出黑洞影子的模型，研究人员创建了一些最为精确的计算机模型，综合了所有环绕黑洞的气体和引力可能造成的物理现象。

美国亚利桑那州立大学的天体物理学家费里欧·奥泽尔说，结果证明，景象依然是明亮而又清晰的。他们制作了一些非常棒的影像，但更重要的是，他们帮助天文学家预想出了当真正观测到银河系黑洞的影子时，会看到什么。

通过将世界各地现有的多达11个天文望远镜的观测能力结合在一起，天文学家第一次创造了一个巨大的、地球大小的观测仪器，以观察黑洞的影子及其特征性的月牙和圆环。奥泽尔说：“我们将看到一个圆环，一个一边比另一边更为明亮的圆环，这正是我的希望与梦想。”

这个行星大小的望远镜被称为事件视界望远镜，将动用从南极一直到智利的观测设备，并使用超级计算机来处理大量的数据。“这将使我们得到一个比已知所有望远镜的放大倍数都要高的放大倍数。”领导这一项目的麻省理工学院天文学家舍普·多尔曼说。他还解释说，要想从地球上看清黑洞的阴影，就相当于要从地球上看清月球上的一个柚子。

被撕成碎片

2015年春天，研究人员已经把7个望远镜连接在了一起，准备开始观测。到2017年，他们希望所有的望远镜都能到位，届时人们将能够直接看到一个黑洞。事实上，获取到的黑洞图像将是开创性的，它将为黑洞的确存在提供最强有力的证据（到目前为止，所有的证据都还只是间接证据，比如银河系中心黑洞的引力对附近恒星的影响）。物理学家也将能够对一个黑洞周边究竟发生着什么进行有史以来最为细致的观测，并且能够对爱因斯坦相对论错综复杂的细节进行检测。

但是，也许仅仅一个影像还是不够，你仍然想进入黑洞内部。很不幸，物理学家对将会发生些什么也不是十分确定。按照常规的假设来说，你会被拧成意大利面条。如果你的脚先跳进黑洞，那么你的脚将会感受到比头部强大得多的重力。随着你接近黑洞，你的脚和头所受引力的差别会越来越大，直到你被撕裂。很快，这一重力潮汐，正如它的名字一样，会将你身体的每一个细胞、每一个分子、每一个原子撕成碎片。

根据数学计算，如果黑洞相对较小（质量只有太阳的几十倍大小），那么你被拧成意大利面条的过程会在你穿越事件视界之前很早就发生了。而如果这个黑洞是巨大的，达到太阳质量的几十亿倍，那么你会很安全地穿过事件视界，而你被拧成意大利面条的过程，会在你穿过事件视界之后才发生。

但是，在2012年，当尝试弄清楚物质在进入黑洞后是否会永久消失时，约翰·普金斯基和其他物理学家意识到，你的命运还有其他的可能性。他们说，根据量子力学理论，事件视界会变成一个巨大的火墙，一旦你穿过事件视界，它会把你烧成灰烬。你甚至根本没有被拧成意大利面条的机会。

很多物理学家不认同这一观点。因为根据爱因斯坦的广义相对论，一个人在掉进事件视界时不会感到有什么异常，只是飘浮在空中而已。这个火墙将违反等效性原理，而这是物理学家不愿意轻易放弃的、极其重要的原理。因此，他们尝试了一个又一个想法，试图解决已经众所周知的“火墙悖论”。但是直到现在，人们还是没有达成任何共识。

为了能够一劳永逸地弄明白黑洞里都发生了些什么，也许你不得不到某个黑洞里走一趟。但问题是，你进入黑洞以后，就再也无法告诉任何人你都看到了些什么了。