科技向未来｜黑洞——时空弯曲的超级旋涡（上）

【视频·街采】
观众1：时空穿梭。
观众2：时光倒流。
观众6：让自己青春永驻可不可以。
【视频短片】
【主旨演讲】
袁峰：大家好，我是中国科学院上海天文台的袁峰。
解说：袁峰，天体物理学家，中科院上海天文台副台长，上海天文台学术委员会主任，中国科技大学理学博士。
黑洞是连光都无法“逃逸”的天体
袁峰：今天我给大家讲一讲黑洞的事情。首先什么是黑洞？黑洞是宇宙中一种非常特殊的天体，它的时空曲率非常大，大到连光都无法逃脱。这句话不是太好懂，我给大家打两个简单的比方。我想在座的人很多都有站在地面上扔石头的一个经历，无论你用多大的力气，石头都会落回到地面，原因是因为石头的速度不够大，没有超过地球的一个叫“逃逸速度”。这个“逃逸速度”指的是描述一个天体引力强弱的一种量，它是取决于这一个天体的质量以及它的大小。设想宇宙里边有一种天体，它的质量非常的大，但是大小又非常的小，那么这就意味着它的引力就非常的强，它的逃逸速度如果是大于或者等于光速的话，那么即使天体本来是发光的，光子也逃脱不出这个天体对它的引力的束缚，所以这个天体看起来就是黑的，这就是黑洞。
1980年科学家首次“计算”出黑洞图像
对于黑洞的严格意义上的研究，应该是从1915年算起，那一年爱因斯坦提出来了他的著名的广义相对论。那么第二年一位德国的物理学家叫卡尔·史瓦西（Karl Schwarzschild），他就第一次得到了爱因斯坦提出的场方程的一个严格解，发现了黑洞的一个存在，从那以后科学家们就一直对这个问题进行不断的研究。这张图片就是科学家们计算出来的黑洞的一个照片。这是发表在1980年左右天体物理学的一本杂志上的一个著名结果。
其实远远不止是科学家，很多艺术家们，比方说我们的电影导演们，对黑洞这个话题也是非常感兴趣的。那么现在屏幕上的两张照片就是从著名的《星际穿越》里边拿到的两个关于黑洞的镜头。这两个镜头跟我们现在理解的黑洞已经非常相像了，但是所有这些都仅仅是我们的想象。
观测5500万光年以外的黑洞，相当于在北京看清巴黎一张报纸上的文字
直到最近我们人类才首次得到了黑洞的一张照片。那么再给大家展示这张照片之前，我想首先强调一下，我们科学家对得到这张照片付出了多大的努力。我们这一次观测到的黑洞，它的半径大概有几十亿公里，听起来已经非常大了，但是这个黑洞距离我们地球非常的遥远——5500万光年，意思是什么呢？光每秒钟的速度是30万公里，即使是光也要跑5500万年才能够到达我们的地球，所以距离是非常的遥远。那么我们在地球上观测这一个黑洞的话，差不多就相当于我们在北京要看清楚放在巴黎的一张报纸上的文字，所以你可以想象是非常难的。