太空突破:人类捕获首张黑洞照片

<正>天文学家捕获首张黑洞照片,开启了人类对宇宙中最神秘天体的一场认知革命。照片显示了一个由尘埃和气体构成的光环,勾勒出了一个巨大黑洞的轮廓,这个黑洞位于距离地球5 500万光年外的大质量星系M87中心。什么是黑洞?100多年前,爱因斯坦提出广义相对论,把引力视为由物质和能量造成的时空弯曲,最早预言了黑洞的存在。     

和LIGO一起倾听天籁之音

正100年前,爱因斯坦用广义相对论预言了引力波的存在,认为引力是弯曲时空的产物,引力波就是大质量物体相互影响时产生的时空涟漪。如今,科学家终于探测到了引力波存在的直接证据。2016年2月11日,激光干涉引力波天文台(LIGO)的科学家宣布发现了13亿光年之外的两个黑洞碰撞产生的引力波的信号,这个被称作GW150914的引力波是在去年9月14日被LIGO检测到的。理论上,宇宙中应该不乏引力波的痕迹。像超新星爆发、中子星超速运转、黑洞双星或双中子星旋近这些外力     

黑洞内部可能藏有外星人

科学家认为有一些黑洞存在着复杂的内部结构，光子、粒子和行星得以围绕黑洞中心的奇点运行。奇点是黑洞中时空趋子无限的区域，可以看成是时空的边界。     

事件视界望远镜对近邻星系M87中心超大质量黑洞的成像观测

<正>2019年4月10日21时,天文学家公布了人类首次拍摄到的近邻椭圆星系M87中心黑洞在1.3 mm波段的成像观测结果,看到黑洞视界的阴影,直接证明了黑洞的存在.黑洞是广义相对论关于时空和引力理论的伟大理论预言.直接证明黑洞的存在,不仅可以检验广义相对论的正确性,而且可以研究黑洞强引力场中的物理过程,解释相应的天文现象.黑洞与其他天体最本质的区别是它存在事件视界.事件视界是黑洞周围弯曲时空中的一个单向的、与外部观     

含有整体单极动态黑洞的量子热效应

目前流行的研究动态黑洞Hawking效应的方法,是考虑热辐射反作用,用弯曲时空量子场论进行处理,这种方法使用起来比较复杂,而且只在弱辐射情况下才能得到视界位置和温度.近来,我们建议了一种新方法,使用起来快速简便,而且能够比较精确地确定视界位置和温度.本文就利用此法研究动态单极黑洞的热辐射.含有整体单极的动态时空线元:     

宇宙学：霍金眼中的宇宙

在牛顿和伽利略的世界中，空间和时间好比是一块平坦而又平凡的“画布”，在其上画着当时所知道的天体；而爱因斯坦的“画布”则是弯曲的——由于物质的存在而导致的凹凸不平。在过去的几十年间，随着物理学家和宇宙学家们对于物理学定律和宇宙形成原因的探求，时间和空间的维度、形状、以及本性与亚原子粒子、黑洞以及超弦紧密的交织在一起。从而使得“画布”本身日益成为了研究的焦点。     

封面说明

<正>"天空中最重的天体是看不见的",早在爱因斯坦提出广义相对论以前法国的数学家和物理学家拉普拉斯曾经这样说过.1916年德国的施瓦西(K.Schwarzschild)得到了第一个爱因斯坦引力场方程的精确解.它描述了一种特殊天体——黑洞.物质可以通过黑洞的边界(一个单向膜)掉入黑洞,而黑洞内的物质无法穿过这个单向膜跑到黑洞外.直到1967年"黑洞"这一术语才由美国的物理学家惠勒(J.Wheeler)提出,现在被广泛使用,它是广义相对论最惊奇的预言.一个大于3倍     

宇宙中的奇特区——黑洞

根据爱因斯坦广义相对论的引力场方程,当恒星演化到半径小于所谓施瓦茨希尔德(Schwarzchild)半径时,光线及任何信号就无法从这颗恒星发射到施瓦茨希尔德半径以外的区域。这是因为爱因斯坦引力场方程的施瓦茨希尔德解告诉我们,光线及任何信号要越过半径为施瓦茨希尔德半径的球面,需要花费无限长的时间。这样,我们就无法观测到以这个球面为界面的区域内的任何现象。这种奇特的区域称为“黑洞”。目前,大多数     

史上首张黑洞照片的科学与技术

<正>黑洞是爱因斯坦广义相对论预言的产物,也是宇宙中最神秘的天体.2019年4月10日,事件视界望远镜(Event HorizonTelescope,EHT)国际合作团队公布了利用全球的8个毫米波望远镜组成的干涉阵以约20微角秒的分辨率拍摄的首张黑洞照片,直接测量了射电星系M87中心黑洞的阴影和黑洞周围光环的大小,得到了M87中心黑洞的质量     

离奇的灰洞

<正>对于一个不懂万有引力和弯曲时空的人来说,黑洞已经足够离奇。最近,霍金又提出,黑洞并不存在,灰洞才存在。如果一个物体(天体)有足够大的质量,那么,在万有引力的作用下,它最终会坍缩成黑洞,这是连光也看不见一缕的神奇天体。通常,这种天体的质量非常大,至少有三个太阳那么重。如果黑洞是"黑"的,那它可能将永存下去,因为它不会发射任何东西,包括光,也就没有消耗。不过在1974年,霍金指出,因为神奇的量子效应,黑洞并不"黑"。它会缓慢地辐射光以及其他粒子,只是速度很慢很慢。一     

哈勃论据：处处有黑洞吗？

哈勃论据：处处有黑洞吗？朱雄编译黑洞是一种异乎寻常的神秘的客体─—它是如此地沉重以至没有什么东西可以逃脱它们巨大的吸引力的拖曳─—这个概念是在１９１６年作为纯理论，由物理学家卡尔·施瓦兹蔡尔德（ＫａｒｌＳｃｈｗａｒｚｃｈｉｌｄ）根据爱因斯坦相对论的数...     

哈尼天体——类星体的绿色幽灵

<正>人世间是否有幽灵?没人知道答案。但是,在宇宙中却存在着一种被称为"宇宙幽灵"的奇特气态天体。1999年7月23日,钱德拉太空望远镜成功升空,作为人类的"眼睛"观测着宇宙空间。作为一类特殊天体,黑洞一直是钱德拉太空望远镜的重要观测目标,但在一个遥远且超大质量黑洞周围,科学家却发现了一个奇特的"天文奇景"——"宇宙幽灵"。     

一颗恒星的死亡重播

<正>除了极小一部分空间外,宇宙中遍布着引力,它们无处不在。在强大的引力场中,光线也会发生弯曲,而一个巨大的星系或者星团,就能让宇宙中的星光"不走寻常路"。1915年,伟大的阿尔伯特·爱因斯坦提出了现代物理学的奠基之作——广义相对论。其中,爱因斯坦预言了一种现象——由于时空在大质量天体附近会发生畸变,使光线在大质量天体附近发生弯曲(光线沿弯曲空间的短程线传播)。如果在观测者到光源     

《星际穿越》: 一部精彩的太空史诗

2019年4月10日,一张仅有十个像素大小的照片吸引了全世界的目光,这是人类历史上第一次拍摄到的黑洞照片,它不仅直接帮助我们确认了黑洞的存在,而且也再一次验证了爱因斯坦相对论的正确性. 在这张照片问世之前,各式各样的黑洞图片充斥在我们的生活中,实际上,它们是人们对黑洞的遐想与艺术加工.而电影《星际穿越》中的黑洞,除了必要的影视艺术加工外,最大程度上模拟还原了真实的黑洞.导演诺兰特别邀请了物理学家基普·索恩担任科学顾问.作为黑洞和广义相对论领域最杰出的物理学家之一,基普·索恩曾在2017年获得诺贝尔物理学奖.     

黑洞故事

黑洞理论是1784年由英国地质学家提出来的,得到了爱因斯坦和史蒂芬·霍金等著名科学家的证认,而且大量空间探测也证明了黑洞的存在。然而,最近有天文学家宣称,所谓黑洞可能根本就不存在。如果这一说法能够得以证实,那么黑洞理论就将被彻底颠覆。难道黑洞理论真的错了吗?我们特邀专家撰写文章,以帮助读者了解有关背景资料并作出自己的判断。     

量子引力束缚态

虽然弯曲时空中的Dirac方程在三十年代末就已讨论过,但均是共形不变的形式。由于r矩阵元处理的困难,直到1957年才得出了Cartan活动标架形式下零质量的Dirac方程。1966年Brill与Cohen进一步写出弯曲时空中非零质量的Disc方程并求得平面波解。前不久,Soffel得到了Schwarzschild度规中的Dirac方程,并用数值解的形式讨论了黑洞附近的情况。     

一个新的黑洞

虽然理论物理学家们早就假定了黑洞的存在,但今天黑洞仍然是天文学家们最难以捉摸和捕获的对象。最近,一组美国和加拿大的天文学家在波士顿举行的会议上宣布,在离银河系不远的被称之为大麦吉兰利(Large Magellanic)星云的星系中发现了一个黑洞。当然,天文学家们实际上并没看见它,仅从一些奇特的现象中推断出附近存在一个黑洞。首先,通过人造卫星观察表明在空中有一个强大的X射线源,接着,天文学家安内·考莱(Anne Cowley),大卫·克莱普顿(David Cra-     

首张黑洞照片诞生——谈黑洞的前生今世

1905年和1916年爱因斯坦分别提出了狭义相对论和广义相对论,这不仅改变了人类对宇宙的认识而且还深深地影响了我们的日常生活,其中广义相对论一个著名的预言就是黑洞。目前,天文学家发现几乎每个星系中心都存在一个百万到百亿个太阳质量的巨型黑洞,而且每个星系中可能还存在上亿个恒星级黑洞。中等质量黑洞是否存在目前还不确定。黑洞存在的间接证据已经有很多,但人类更渴望直接看到黑洞的面目。黑洞虽然本身并不发光,但可以将吸积物质的引力能通过吸积盘变成辐射,从而被我们看到。北京时间2019年4月10日21时,事件视界望远镜项目在比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京和美国华盛顿全球六大城市同步举行新闻发布会,公布人类获得的首张黑洞照片。这张照片摄自梅西耶87(M87)星系中心的黑洞,重约60亿太阳质量,距离地球5 600万光年,由全世界横跨几大洲近10台毫米波望远镜(或阵列)进行联网观测,项目团队包括来自中国科学院上海天文台等单位的10余名中国成员。可以说"人类首张黑洞照片"是继2016年发现引力波之后人们寻找到的爱因斯坦广义相对论最后一块缺失的拼图。本文还对未来中国在黑洞研究方面的重大项目做了简单介绍和展望。     

佯谬消失

什么东西都不能从黑洞里逃脱。可是斯蒂芬·霍金出色地证明：黑洞并非真正是黑的，相反，它们因热而发光。那末这种热能怎么可能从那条单向通道里往外流源呢？答案全然同它所解释的现象一样奇特：黑洞辐射的热量不是用从黑洞流出来的通常能量来偿付，而是由流入黑洞的负能量来补偿。这难道是个数学花招？不对。负能量是确实存在的。问题在于：相当大的负能量的生成和利用会损害一些最神圣的自然法则，比如说热力学第二定律。梦想制造众动机或作逆时间旅行这些反常的非自然情景是容易的。对于物理学家来说，这些都是吓人的观念。但是大自然似…     

黑洞,白洞,交相衬映

黑洞，一种看不见的特殊天体，却蒙上了一圈又一圈的神秘“光环”，令人捉摸不透、莫测其高深。公众谈论黑洞，不免带有几分猎奇的心理；科学家搜索黑洞，着眼于检验理论预言的正确性。我们则认为，黑洞探讨之所以成为热门课题，是因为它显露了广义相对论这块“美玉”之微瑕；为促使时空理论的新世纪发展，冀望由此而找到合适的突破口。诚然，瑕不掩瑜，广义相对论历来被赞誉成“理论物理中最典雅的艺术杰作”。既存在黑洞、又存在白洞，是根据广义相对论（1916年）而作出的猜测；不过，“黑洞”、“白洞”等简明术语，晚至六、七十年代才采…