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“黑洞”的样子

    “终于看到黑洞的样子了”这句话听着没什么问题,但是严格意义上说,黑洞是无法被看见的。前段时间,黑洞的照片被疯狂的传播,很多人认为这就是黑洞的样子。

    如果你仔细观察这次“冲洗”出黑洞照片的整个跨国性项目,它的完整名称叫做——the Event Horizon Telescope(事件视界望远镜项目),这里的“视界”翻译自horizon,也就是我们平常所说的“地平线”。

    要知道,我们人类平常在这个世界上观看任何事物其实都需要horizon(视界或者地平线)的,也就是需要有一条遥远的模糊的边界。这条边界比我们想象得更重要,如果没有这样一个基本的定位、定向的框架,我们其实是无法观看或者理解我们眼前所呈现的图像的。

    所以很多学者,尤其是从事哲学研究的人都会说,horizon是我们看待事情的一个基本条件和前提。

    而黑洞的事件视界,指的就是围绕黑洞的时空边界,任何物质,包括光线,一旦到达黑洞,都会到达一个临界点,越过之后就将吞噬不见,再也无法返回。当然理论上黑洞还会放射出所谓的霍金辐射,但这是另一个问题了,暂时不在这里作更多科普。

    如果根据这种讲法,可以理解,连光都无法逃离黑洞,而失去光线,我们人类是无法观测任何事物的,所以理论上黑洞是不可能被“看见”的。

    可是,拍摄照片同样也是需要光线的,如果黑洞会吞噬光,那我们又是如何拍到黑洞照片的呢?

    准确地说,这次拍摄到的并不是黑洞本身,而是利用黑洞边界上的物质所发出的辐射,勾勒出的黑洞的轮廓。

    仔细看这张照片,我们看到的是一个很符合我们想象中的黑洞的样子,一个黑色的圆环状物体或者一个暗影位于中部,围绕着它的是一圈橙色的光圈。

    而我们其实也是透过光圈看到了中间的暗影,用一个不恰当的比喻,我们看到的不是直接的物体,而是这个物体的投影。

    实际上,那些光源只不过是被黑洞吸入的星际物质,甚至有可能是被黑洞无比强大的重力拉扯而产生的恒星碎片,这些碎片加速到了极高的速度,掉进黑洞之中,构成了一个温度非常高的围绕着黑洞的“盘”,这个盘状结构就是学者们所说的“吸积盘”。

    它在落入黑洞之前释放出了大量的辐射,我们所看到的光圈其实就是这些辐射。可问题在于,其实人类肉眼的可见光范围也无法观测到这些辐射,它们处于微波范围内。

    所以,黑洞照片上呈现的光圈,其实也是科学家为了让我们能够更清晰地理解和观看,通过计算机复杂的处理过程,修制出来的。

    而且橙色部分也是科学家们染上的,因为这些光由于无法看见,也就基本没有颜色可言,但是橙色很接近于我们直观的印象,那一圈光是温度极高的吸积盘,用橙色更能够体现这种感觉。

    你现在可以理解了,这张照片是经过修饰的,而且是用了长达两年的时间通过极其复杂的计算和处理而“冲洗”出来的。

    尽管这张“照片”和我们通常理解的照片有不小的出入,但这一次拍摄在科学史上依然非常具有意义,比如很多人说这张照片再一次验证了广义相对论,更精确地说,它是再次验证了广义相对论关于黑洞的说法。也有很多人认为它证明了黑洞的存在,但是这个讲法依然不够精准,实际上我们先前就已经用多种方式多次证明了黑洞的存在,让它不再是一个理论上的概念。

    其实,人类自古以来很多科学观测,都不是直接的,也不是由肉眼直接观测的。比如古人观测日食现象,也要透过水的倒影来观看,因为直接面对太阳会刺激而且伤害我们的眼睛。

    需要特别强调一点,科学在这里包含两个层面:第一,观测及视觉上的元素,是我们用来进行科学研究、发现科学成果必不可少的一个工作,没有实证的观测就不称其为科学,这是近代对科学的理解。

    为什么科学还要利用视觉元素去提高它对公众的说服力?这其实是非常自然的,很多现代的科学史家及科学研究者极力想说明这一点,就是这些科学图像是科学家交流和争论的基础,视觉图像有非常强大的说服和修辞的力量,能够使得科学家在种种论辩之中,获得一种更具优势的地位。

    这也正是因为我们大部分人,依然还是会很直观地相信自己眼睛所看到的东西,哪怕那些看得到的图像,其实也是经过观测的仪器、经过人手绘画,乃至于经过计算机处理制作出来的。

    而很多原来我们无法看到的东西,通过种种仪器和处理方式,让我们“看到”了,但那已经再也不是传统意义上的“看到”了。比如去医院照MRI,用雷达观测一架飞机,用声呐探测一艘潜艇,这里种种所谓“看到”都不再是传统上的含义,而是利用不同仪器间接创作出的一些图像,让我们掌握真实。

    这就是所谓用图像来说服人的一种做法,所有这些图像,对公众而言就具有了这样一种证明和说服的魅力。

    就像我们在没有看到黑洞的这张照片之前,公众对于黑洞的理解依然是非常疏远的、陌生的,但是现在加上了着色的黑洞照片,好像人人都知道黑洞是怎么一回事了。

    科学图像,多多少少都具有了美学的成分如果我从一个大众的角度,从一个完全科学研究外行的角度来看,我会认为,科学的诗意用这种方式来表达,其实也没什么不好。