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当物质落向吸积盘中的黑洞时，它释放能量并加热，导致盘的内部区域变得越来越热和明亮。图片来源：NASA/Goddard Space Flight Center
北京时间2019年4月10日晚9点，人类首张黑洞照片即将在全球六地同步发布。
为何人类对黑洞的研究孜孜不倦？当日，从事量子场论、引力理论和宇宙学研究的华东师范大学物理与材料科学学院教授薛迅接受了澎湃新闻（www.thepaper.cn）记者的专访。
薛迅预判，即将发布的超大质量黑洞最可能的来源是活动星系核的演化结果。他认为，超大质量黑洞的照片发布，对于最终证实超大质量黑洞的存在，对于星系中心黑洞的认识，对于活动星系核的演化研究都具有重要的意义。
对黑洞的预言可追溯到200多年前
据薛迅介绍，黑洞是一类特殊的天体，其附近的引力很强，强到表面上的光也会被吸引得辐射不出来，这个表面就称为黑洞的视界面。
“黑洞这样的天体的存在可能性，理论上很早就预言了，John Michell 在1784年11月就预言了由于引力导致的逃逸速度达到光速时，天体发的光就辐射不出来，使得天体不能被看到，而只能通过引力感受到的可能性，其计算基于光的微粒假说和牛顿的万有引力，后来随着光的波动学说被证实，关于这种暗天体的讨论就沉寂了下去。”薛迅说。
薛迅补充说，直到1915年，爱因斯坦创立了广义相对论作为新的万有引力理论，取代了牛顿对引力的描述，成为现代的引力理论。1919年施瓦西发现第一个广义相对论的解析解，从中可以推测出有视界的存在证据，这种有视界存在的解被称为黑洞解，后来又发现了带电和旋转的黑洞解，其视界结构比施瓦西黑洞更复杂，但这些都是理论推测。
2015年，LIGO激光干涉引力波天文台第一次探测到两个黑洞并和的引力波讯号，证实了黑洞的存在。
“人类第一次观测到的引力波就是两个黑洞并和导致的，从此人类对于宇宙空间的观测在电磁波之外多了一个信道，开始了引力波天文学时代，这本身就是几十年黑洞研究的积累收获。”薛迅说，“黑洞研究对于天文学意义重大，超大质量黑洞普遍认为是星系中心引力坍缩导致的，在活跃期间，称为活动星系核，关于活动星系核的观测以及对于物质吸入黑洞的吸积过程的理解，构成了天文学研究的重要组成。黑洞辐射和黑洞熵的研究则为引力量子理论研究提供了研究平台，黑洞信息丢失与火墙理论则使得量子信息的研究更加深入。”
史蒂芬霍金的研究启发人们思考黑洞内部
薛迅认为，现在人类对自然界本源的理解，基于四种基本的相互作用，即引力、电磁力、强力和弱力，前两种力是长程力，可以跨越时空，后两种是短程力，只存在于原子核内或者基本粒子之间。
在他看来，对这四种相互作用的认识构成了二十世纪基础物理学的主旋律，并且构建了粒子物理的标准模型，把电磁力和弱力合并为一种本源的相互作用，电弱相互作用，强力则有不同的起源，基于对电弱和强相互作用的理解就可以解释和预言现在遇到的几乎所有基本粒子物理现象，2012年发现的Higgs粒子就证实了粒子物理标准模型最重要预言。
“但人类在理解相互作用本源方面走得很远，研究界普遍相信，四种相互作用最终具有唯一本源，即量子引力。” 薛迅指出，“现代物理学的两大支柱是量子论与相对论，物理学界普遍相信量子本源是普适的，即使引力也不能例外，但是基于广义相对论去探索引力的量子理论的尝试全都遭遇了挫折，原因是引力比其它三种相互作用更复杂。”
薛迅同时表示：“量子引力的探索研究一直是基础物理理论的研究前沿。黑洞视界面内是什么样子一直强烈吸引着人类的好奇心，史蒂芬霍金等人关于黑洞的研究，尤其是史蒂芬霍金关于黑洞熵和黑洞史蒂芬霍金辐射的研究启发人们思考黑洞内部并非是个经典的视界，而是量子规律支配甚至是量子引力起作用的地方，量子引力也许离人类并不遥远，不是仅在宇宙开端时起作用，而是在现在宇宙中，黑洞这样一类天体内部也在起作用。”
“对黑洞的研究极大地拓展了人类的思维的疆界，” 薛迅认为，在研究黑洞物理的过程中，研究者逐渐认识到黑洞物理是多个物理基础理论领域的交叉，引力理论，量子场论，量子信息，热力学统计物理，等等。另外黑洞起源的研究，如原初黑洞的研究也直接影响到对于暗物质等天文观测的理解，与超越标准模型的新物理研究密切相关。
人掉进黑洞会发生什么事？
科幻电影《星际穿越》剧情中的男主角滑向黑洞，掉进了一个彩色横竖整齐的五维空间。
假如一个人真的进入黑洞会发生什么？外面的人看他是否觉得他停留在了视界边界，而他本人则进入扭曲的时空？
薛迅认为，从远处观察者看来，掉入黑洞的物体会逐渐地接近视界面，不会掉进去，现在也有修正的理论说，视界面会膨胀一下，将他吞进去。至于进入视界面的观察者本身经历了什么，现在的说法都是基于广义相对论的推演，如果有强烈的量子过程发生，这些推演就没意义了。另外即使基于广义相对论的推演，掉入黑洞的观察者本身的经历由于与外界不可能沟通，从外界的观察者看来，他最终变成了一堆没有信息的热辐射了，本身经历了什么都湮灭在时光中了，不可考。
黑洞是否会无限膨胀，膨胀到后面会不会影响太阳系和地球？
薛迅表示，按照史蒂芬霍金的黑洞蒸发理论，黑洞在吸积的同时，也在蒸发、辐射。蒸发和辐射的快慢与黑洞的质量大小相反，越大的黑洞，其辐射效率越低。比较大的黑洞，比如太阳质量以上的，基本只会增大，这样来看，未来宇宙是黑洞主宰的。
虽然黑洞“证件照”尚未公布，但薛迅预判，即将发布的超大质量黑洞最可能的来源是活动星系核的演化结果。
薛迅说：“关于活动星系核的研究很丰富，关于星系中心的超大质量黑洞也有很多预言，业界普遍相信银河系中心就有一个超大质量黑洞，也有很多间接观测证据，但是直接看到超大质量黑洞的视界面还没有过，所以超大质量黑洞的照片发布对于最终证实超大质量黑洞的存在，对于星系中心黑洞的认识，对于活动星系核的演化研究都具有重要的意义。”
本文选自：今日头条 |
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发表于 2019-4-11 21:48:11
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