黑洞的視界究竟是否存在？科學家欲獲直接證據

黑洞是「軟」還是「硬」？

Dead Men Tell No Tales

Pirates of the Caribbean: Dead Men Tell No Tales (Original Motion Picture Soundtrack)

Geoff Zanelli

00:00/01:51

吞噬。Mark A. Garlick / CfA

有沒有人想過這樣一個問題，假如黑洞表面是「硬」的，是一種實體，那麼擁有強大引力的它，在吞食夜空中的繁星之時，又會發生什麼樣的事情呢？

愛因斯坦的相對論告訴我們，黑洞形成之時，所有的質量都會擠進一個體積無限小的奇點裡。擁有無限高密度的奇點，產生了一個極為強大的引力場，在它的周圍，製造出一個連光線也無法逃離的勢力範圍。這個範圍的邊界就是所謂的視界，也有人叫它事件地平（Event Horizon）。

人們通常認為，視界只是一個虛擬的邊界。物體可以穿越它，只是穿越了它之後，由於它身上發出的所有光都無法越過視界，只能向著同一個方向——奇點飛行，因此視界之外的人就再也看不到它了。視界是個只進不出的邊界。

但事實上，沒人真正見到過視界。黑洞的中心究竟是不是奇點，也是不確定的。因為這是個數學推論，在現實物理世界中，很難想像會存在這樣的東西。而且視界以內，奇點以外，又是個什麼樣的世界？也沒有人知道。

要通過實驗，來確認視界的特性，了解它究竟是個什麼樣的東西，科學家到目前為止還沒有什麼直接的好辦法。誰也不知道黑洞中心到底有沒有奇點，也許那裡的物質還有體積，並未完全塌縮。如果是這樣，那麼視界是什麼，就又要另當別論了。

不過美國德州大學的Pawan Kumar和他的研究生Wenbin Lu，以及哈佛史密森天體物理學研究中心的Ramesh Narayan想到了一個有趣的方法，可以測定恆星如果和極端大質量天體，比如黑洞相遇時會發生什麼。並進一步讓我們了解視界究竟是什麼。

Kumar等人認為，假如黑洞——比如銀河系中心的超大質量天體並不是黑洞，而是擁有體積，那麼它的視界就不再是虛擬的了，它的性狀可能會近似於固體表面。如果是這樣，那麼假如有恆星和它發生碰撞，那麼恆星攜帶的氣體就會在墜落的過程中發光，進而產生可供觀測的效應，這些發光氣體還會把「黑洞」包裹起來，持續幾個月甚至幾年時間。

基於這個靈感，這些研究人員使用夏威夷1.8米泛星（Pan-STARRS）天文望遠鏡進行了為期三年半的觀測。通過計算鄰近宇宙黑洞的密度，以及恆星墜入超大質量黑洞的概率，他們能夠獲知在這三年半時間內，可能發生過多少次這樣的事件。假如他們能夠觀測到10次以上的發光事件，那麼就可以證明視界是個實體，是「硬」的，而不是一個虛擬的邊界；假如沒有，那麼相對論就是正確的，這些恆星應該是穿越了視界並從我們的視野中消失。

做這個實驗的目的，主要還是因為當前的望遠鏡精度不夠，無法對黑洞的視界特性進行直接觀測。而這次實驗並非為了證明視界是個實在的東西，只是想推進認知的前沿，為獲得黑洞周圍存在視界的確鑿觀測證據作一種試探。

前段時間廣受關注的「視界望遠鏡」計劃，已經在四月份對一個中心存在超大質量黑洞的一片區域完成了首次聯合觀測。如果一切順利，那麼不久我們可能就將獲得首張黑洞視界的照片。但當前，其所獲的數據仍在處理和評估中。

而Kumar等人的實驗結果是可想而知的，他們「一無所獲」，沒有觀測到一例假想中的閃光。他們把觀測結果寫成論文，發表在了《英國皇家天文學會每月通訊》上。這次實驗的「失敗」，對相對論來說卻是個好消息。它表明人們對於黑洞的原有理解仍然可信，每個黑洞周圍都存在著視界，一切跨越它的物質都會從我們這個可觀測宇宙中消失。黑洞確實是一種奇異的天體。

由此我們也可以體會到，科學是一種講究實證的學問。在沒有證據（包括觀測證據）之前，一切理論，即使多麼合理，都只是假設。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！