Question

爱因斯坦又对了！8亿光年外，科学家首次看见了黑洞背后的光

Answer 1

随着人类科技的不断发展，我们对于宇宙的认识也在逐渐增加。在我们现有的认知中，宇宙是及其庞大且黑暗的空间，而在宇宙中有很多未解之谜我们还无法解答。在一些科幻电影中，导演经常会把一些已知的科学理论或通过想象得出的猜测运用到电影中，其中就包括了虫洞、白洞或者黑洞。当我们看一些科幻电影时，会发现虫洞或者白洞就是通向其他宇宙或者空间的隧道，而黑洞则是“吞噬”万物的神秘存在，黑白一直都是相对立的，所以对于黑洞的毁灭，有人认为白洞可能就代表着创造。但是在科学研究中，对于黑洞，白洞，虫洞等的了解只局限于科学理论中，不过在近期的天文学研究中，科学家对黑洞也有了进一步的认识。爱因斯坦又对了？科学家首次发现黑洞背后的光斯坦福大学的研究人员对外太空进行探索时，意外发现了黑洞背后产生的光。当我们了解到这次实验的发现时，大部分人是非常期待和震惊的，但是在高兴之余，我们也知道黑洞本身是吞噬的存在，即使是光线也是无法在其中穿行的，那么黑洞背后又怎么会存在光呢？难道这个实验被“误解”了还是“夸大其词”？
其实根据这次研究人员的描述，他们所看到的黑洞背后的光，并非是通过黑洞看到的，而是在黑洞形成的引力等变化后才观测到的。最初爱因斯坦使用理论证明了黑洞的存在，所以在黑洞的相关研究中，爱因斯坦的科学理论一直具有重大意义。首先黑洞是一个密度极其庞大的空间，并且它的质量也非常大，当巨大的质量和密度凝聚一起后，就会在强大引力的附近存在时空扭曲。黑洞的特征能够对光线产生扭曲，但也因为这种弯曲性质，才让探索人员意外看到了黑洞背后的光。其实在对于于光年的黑洞进行探索时，该研究团队就通过X射线观测到了奇特耀斑的存在，虽然对这种景象没有太直观的认识，但是根据相关理论进行推算，这些产生的光回波出现于黑洞，背面的可能性非常大。爱因斯坦的相对论一直受到人们的重视，其中也有一部分学者存在质疑，而这次研究团队进洞进行观测分析时，也直接地证明了相对论的正确。虽然现如今人类的科技水平还比较有限，对黑洞的认识也比较片面，但是随着对黑洞研究的不断深入，未来科学家也可能模拟出关于黑洞的整体样貌或者环境。当我们对黑洞有了一定了解后，或者了解黑洞的相关本质时，或许也能顺便解答开关于白洞或者虫洞的真实性，这可能会成为人类探索宇宙的“里程碑”。相比较于宇宙的庞大，我们人类显得比较渺小，但是人类的科技水平是在不断发展的，对于宇宙或者黑洞的认识，也是在不断增加的，所以未来我们终将解答开宇宙的奥秘，也将真正了解黑洞的本质。人类的目标是实现星际穿越，这需要建立在各种条件之上，也许进程会缓慢，但只要不断前进，我们终将离答案越来越近。

Answer 2

提到人类的发展，这与很多优秀的科学家是分不开的，很多科学家具有前瞻性的思想，也都成为了引领人类发展的“灯塔”，包括其中一些思想，一直到今天，仍然被人类寻找和验证，判断它是否正确。

比方说爱因斯坦，在他生前，因为相对论中的观点实在是太超前了，这也导致一开始，国际上对于相对论并不认可，可是，在爱因斯坦去世后，过去的数十年时间里，人类在 探索 宇宙的过程中，竟然一步步去验证了爱因斯坦的诸多观点，证明爱因斯坦说得没有错。

在广袤的宇宙之中，最神秘的天体，莫过于黑洞了，一直到今天，科学家们仍然对恒星级之外的黑洞，它们距今是如何形成的存在着不解，当然，毕竟黑洞无法发光，我们只能在它活动的时候尝试去观察它，而且黑洞的类型太多了，这也导致人类在研究它的过程中，也总是不断去发现新的问题。

100多年前，爱因斯坦曾经说过，黑洞具有非常强的万有引力，黑洞是宇宙中引力最大、密度最大的存在，任何物体进入黑洞之后，都无法离开，包括光也会被黑洞困住，并且当光接近黑洞之后，光也会受到黑洞周围万有引力的影响发生弯曲。

同时，由于黑洞本身是不发光的，这也导致人类是无法看到黑洞内部的，特别是黑洞背后，没有人知道那里究竟是什么样子的，因为我们得知黑洞背后究竟有什么东西，这些都是我们无法看到的。

那么，爱因斯坦的观点又是否正确呢？前段时间，科学家们在距离地球8亿光年之外的地方，发现了一个超大质量黑洞，并且通过对它的观察，发现了黑洞背后的秘密。

简单来说，科学家们在这个黑洞的周围，发现了一些光，而这些光来自于黑洞的背面，它们受到万有引力的影响被黑洞反射出来，从而有幸被科学家们看到，而这一次的发现，则证明爱因斯坦的猜想又一次是正确的。

黑洞在宇宙中，就好像是一个个可以吞噬一切的“怪兽”，特别是超大质量黑洞，更是非常特别的存在，因为在每一个大星系的中心位置，都知道存在着1个超大质量黑洞，一直到今天，科学家们都没有搞清楚超大质量黑洞的形成和演化等诸多问题。

而这一次，发现的这个黑洞背面，也是来自于一个超大质量黑洞，它同样也位于一个大星系的中心位置，在它的周围，受到引力的影响，一切物质都仅仅缠绕在一起，就连磁场也是如此，当它们靠近黑洞的时候，就会导致X射线产生，并且可以帮助我们，首次窥探到黑洞背面的世界。

值得令人兴奋的是，虽然上个世纪50年代之前，人们对于相对论，普遍是存在着怀疑的态度，但是在21世纪的今天，距离爱因斯坦提出相对论，已经过去了100多年，但是，相对论却仍然不容置疑，不得不说，爱因斯坦真的是“天才科学家”。

研究者表示，在发现黑洞背面的光之前，他们也曾经在太阳的周围，发现收到引力的影响，导致星光出现弯曲的情况，这或许可以帮助我们更好地去了解超大质量黑洞，也可以更好地去了解这个世界，比方说爱因斯坦的另一个观点有没有可能也是真的——黑洞的背面真的连接虫洞吗？

上个世纪30年代初，爱因斯坦提到了另一个令人兴奋的观点：黑洞的背面连接着虫洞，它可以让人类实现远距离的瞬间到达，简单来说，就是黑洞、虫洞和白洞一起，它们组成了宇宙中的“高速公路”。

只不过，一直到今天，人类却只确认了黑洞的存在，虫洞和白洞，仍然是假想中的天体，这也让很多人对于爱因斯坦“宇宙时空捷径”的观点表示怀疑，认为它有可能不是真的。

这一次，虽然科学家们发现了来自于黑洞背后的光，但是对于黑洞背后的世界，我们仍然是一无所知的，所以，仍然是无法确认黑洞的背后，究竟是否连接着虫洞，这仍然需要未来的长期持续观测才可以。

只不过，即使有一天，我们真的在黑洞的背面，发现了和它相连的虫洞，但是，我们也只是又一次证明了爱因斯坦的观点，我们想要通过它来完成“时空穿越”也是不太可能的，毕竟我们又该如何抵达哪里呢？显然，这是一个问题。

Answer 3

美国科罗拉多大学天体物理联合实验室(JILA)物理学家、上海交通大学校友叶军带领团队，首次在毫米尺度验证爱因斯坦广义相对论。

根据广义相对论，在引力场中不同高度的原子钟以不同的速度转动。当在更强的引力下，更靠近地球的地方观测时，原子振动的频率会降低——向电磁波谱的红端移动，这种效应被称为引力红移。也就是说，时钟在海拔较低的地方走得更慢。

叶军带领的研究团队以有史以来最小的尺度验证了这一时间膨胀效应，表明两个微小的原子钟，相隔仅一毫米，也会以不同速度运转。相关成果发表在2月17日的《自然》(Nature)期刊上，并荣登封面。

团队提出了如何使原子钟比之前精确50倍的方法，并提供了一条可能揭示相对论和引力如何与量子力学相互作用的途径，而量子力学是目前物理学研究中的一个主要难题。

“最重要和最令人激动的成果是，我们有可能将量子物理和引力联系起来，例如，当粒子分布在弯曲时空的不同位置时来探测复杂的物理学。”叶军说，“在计时方面，成果还表明，使如今的时钟再精确50倍，没有任何障碍——这是一个奇妙的消息。”

爱因斯坦1915年提出的广义相对论揭示了诸如对时间的引力效应，并具有重要的实际应用，如纠正GPS卫星测量。尽管这个理论已存在一个多世纪，物理学家仍对它着迷。多年来，美国国家标准与技术研究所(NIST)的科学家已利用原子钟越来越精确地测量相对论。例如，NIST物理学家2010年通过比较2个相距33厘米的原子钟来验证广义相对论。

JILA实验室则由美国国家标准与技术研究所(NIST)和科罗拉多大学博尔德分校联合运营。

在本次实验中，叶军团队主要利用光学晶格时钟进行研究。团队先用6束激光将10万个锶原子逐步冷却，最后用红外激光将锶原子维持在超冷状态，并装载在一个光学晶格中。晶格可以想象成由激光束产生的一叠煎饼，这种设计减少了由光和原子散射引起的晶格扭曲，使样品均匀化，并扩展了原子的物质波。原子的能量状态控制得很好，创下了量子相干时间37秒的纪录。

提升精度至关重要的，是该团队创新的新成像方法。这种方法能提供整个样本频率分布的微观图，从而能够比较一个原子团的两个区域，而不是沿用两个独立原子钟的传统方法。

通过原子团测量到的红移很小，在0.的范围内，也就是一千亿亿分之一。虽然这一微小的尺度，人类无法直接感知，但这些差异加在一起对宇宙以及GPS等技术产生了重大影响。研究团队利用约30分钟的平均数据解决这一问题。经过90小时的数据处理后，测量精度比以往任何时钟都要高出50倍。

“这是一场全新的比赛，一种可以在弯曲时空中 探索 量子力学的新方法，”叶军表示，“如果我们能测量比这更精确10倍的引力红移，我们就能看到穿越时空曲率的原子整个物质波。例如，在如此微小的尺度上测量时差，可以使我们发现引力会破坏量子相干性，这可能是我们的宏观世界（依旧）是经典物理学世界的根本原因。”

更精准的时钟除了用于计时和导航外，还有更多用途。叶军认为，原子钟既可以作为显微镜来观察量子力学和引力之间的微小联系，也可以作为望远镜来观察宇宙的最深处。他正运用原子钟寻找神秘的暗物质，科学家相信暗物质构成了宇宙中的大部分物质。原子钟还可通过“相对论测地学”(relativistic geodesy)，进一步测量地球形状并改善模型。

校对：张艳

Answer 4

当然了，黑洞是首先从爱因斯坦引力场方程推解得到，不是哪个望远镜先看到的。足以说明相对论是一定范围内适用的可以精确描述的正确理论。