黑洞为什么是红的？爱因斯坦又对了？答案是黑洞背后的超算

黑洞真的存在吗？没错，黑洞是宇宙中真实存在的天体。

黑洞概念图

2019年4月10日晚上9点整，首张黑洞的照片在全球新闻发布会上亮相，这个黑洞距离地球5500万光年，质量为太阳的65亿倍。

在照片问世过程中，科学家们进行了无数的观测和计算，在震惊世界的同时，我们也对黑洞的颜色产生疑问，黑洞竟是“红”的。

“红色黑洞”概念图

早在1915年，爱因斯坦提出了广义相对论，并给出了爱因斯坦场方程，1916年，德国天文学家卡尔·史瓦西通过计算得到了该方程的一个真空解，证明了“黑洞”确实存在。

那么这已经被证实存在的黑洞究竟是什么颜色呢？黑洞蕴含着怎样的能量呢？爱因斯坦又提供了怎样的理论依据？黑洞照片的背后又有着怎样的技术支撑？黑洞的存在证实爱因斯坦是对的，那么答案真的是其背后的超算吗？

人类有史以来获得的第一张黑洞照片

黑洞是什么颜色？

照片的公布瞬时引起轰动，这让人们清楚的认识到了这个神秘又庞大的天体。

通过黑洞的照片，我们不难发现，黑洞的中心确实是黑色的，但周围的一圈却是红色的，与其叫它“黑洞”，不如叫它“红洞”。

对于这圈红光，科学家们也给出了相应的解释，但众说纷纭，各派的简介总归是不同的。

2017年4月拍摄到的全球第二张黑洞照片

按理说，黑洞本身是不会发光的，它只会吞噬周围的一切，那些光很有可能是被它吞噬的恒星，这些恒星的表面物质形成吸积气体流和吸积盘。

在黑洞的引力下，吸积盘内物质落入黑洞的速度极快，物质之间的摩擦使它被加热至数十亿度的高温，从而发出辐射。

落入的恒星只能等待被吞噬的命运，在完全消失之前，向宇宙进行一次告别，证明自己曾经来过。

黑洞结构的构想图

也有说法道，黑洞的前身其实是恒星，恒星表面最多的物质是氢，其表面膨胀，内部发生核聚变，爆炸后可能演化成，然后演化而成。

而大部分恒星都是类似于太阳，通体呈现红光，所以黑洞周围也呈现红光。

黑洞吞噬恒星的概念图

科学家们解释道，黑洞在照片中的呈现虽然是静态的，但实际上它是在不停旋转的，因为黑洞不是无限大的，其边界使光发生偏转，从而呈现出颜色。

而且它在吞噬天体时也并不是一瞬间吞掉，而是从最外层开始，由外而内，最后完全吞噬，说这光是被吞噬的恒星向宇宙最后的告别也并不为过。

研究人员发现这个黑洞有一个比较弱的伽马射线发射源

下面让我们看看这黑洞究竟蕴含着怎样的能量。

黑洞所蕴含的能量

黑洞的引力非常巨大，它最惊人的能力就是吞噬。

如果黑洞想吞噬一颗周围的恒星，它不会一口吞掉，只会从最表面开始，一点点吸干这颗恒星的一切。

黑洞的引力场

恒星表面最多的元素是氢，它们正在处于核聚变中，突然被吸走会形成一种吸积气体流，类似于出水口的漩涡或龙卷风的风眼，这是在吞噬口的一个漩涡，恒星以及其他物质就被会聚起来并旋转，形成黑洞的吸积盘，最后将恒星慢慢“吸食干净”。

长此以往，不断反复，直至它的周围没有物质存在。

其恐怖之处在于，无论多大体积的天体，都能被其瓦解。

黑洞构想图

试想如果地球遇到它，那么只有乖乖被撕碎的份了。而且地球是行星并不会发光，就算被黑洞吞噬了，也不会产生吸积流和吸积盘，这表明地球若真的被吞噬，我们甚至来不及和宇宙告别。

如果我们也在被另一个文明观测，他们压根不会看到地球被吞噬，顶多能看见太阳形成的吸积盘。

黑洞的吸积作用

黑洞是根据爱因斯坦的广义相对论被计算出来的，因此它被证明在极端条件下仍然成立。

不仅如此，黑洞是目前已知的唯一能够超越光速的存在，这并不是说它的运行速度能超过光速，而是说它的能量巨大到能够克服光的逃逸，若想将这个能量表达出来，那么就会出现超越光速的物质。

在这种情况下想要逃脱是不可能的

爱因斯坦曾提出，当物体的运动速度达到光速时，就会穿越时空。

但这谈何容易，这可是人类已知的最快的速度，人类目前的能量根本达不到驱动至光速的可能，更不要说超越光速了。

黑洞蕴含的能量如此之大，那么爱因斯坦又为什么是对的呢？

光的速度约为三十万公里每秒，是目前已知的最快速度

爱因斯坦提供的理论依据是什么？

1915年，爱因斯坦发表了有关广义相对论的演讲，他认为时间和空间是一个连续体，可以被任何有质量的东西扭曲，扭曲的结果就是引力。

爱因斯坦想通过这个方程告诉我们，物质是如何使时空弯曲的，反过来，弯曲的时空又是如何使物质运动的。

当我们建立了引力就是时空扭曲这样一个印象过后，显然一个物体不同的部分受到的引力作用也是不同的，当物体只受到引力时，其运动路径是测地线，比如地球上的物体“自由下落”，就是沿着时空的测地线运动。

运用广义相对论描述水星绕太阳运动的轨道

但事实上，黑洞并不是爱因斯坦预言的，那么是谁预言的呢？

1916年，德国科学家卡尔·史瓦西利用爱因斯坦场方程计算出一个解，如果大量物质聚集在空间一个点，那么就会形成强大的引力，其逃逸速度将超过光速，这就是黑洞。

人类对宇宙的认知总是有限的，探索的过程中会有无数的疑问，同时也会进行不停的思考，所以人类可以不断深化对宇宙的认识和了解。

卡尔·史瓦西

黑洞庞大的质量以及周围物质的变化导致我们无法直接观测它，但科学家们发现，可以借助其他手段得知它的存在与质量。

与此同时，借助当前最高的科技手段，能够观测到它对其他事物的影响。

在黑洞空间里，周围物质被黑洞强大引力吸入起始端开始时，区域时间变化为零。

那么首张黑洞照片究竟是如何拍出来的呢？让我们来了解一下这背后的技术。

1978年，美国物理学家绘制了第一幅黑洞概念图

黑洞照片的背后有怎样的技术支撑？

首张黑洞照片的诞生背后，凝结了目前最先进的探测技术，整个过程历时十余年，动用了来自非洲、亚洲、欧洲、北美洲和南美洲的200多名研究人员，八个探测望远镜分工合作，不分昼夜观测，最终的这张图像也有可能获得诺贝尔奖。

而这一切成就，都离不开视界望远镜（EHT）和背后的计算。

艾伦望远镜阵列

视界望远镜（EHT）口径足达13000公里，约等于地球的直径。

它存在的目的就是观测超大质量的黑洞，直接获取事件视界尺度的影像，并由科学家们进行分析。

其观测波长最终设定在1.33和0.87毫米，同时必须依赖VLBI技术，该技术可以同时观测同一目标，并整合成能形成单一影像的数据。

射电望远镜——事件视界线望远镜不可分割的一部分

每个天文台得到的资料数量庞大，只能用硬盘储存，硬盘的效能对EHT的正常运作至关重要，因为当望远镜观测时，其每秒产生的数据量是以百亿位元为单位计算的。

一次普通的五天观测期间，每座望远镜会搜集约500TB的数据，整个阵列产生的数据约7PB，将装满1000至2000个硬盘。

黑洞本身是简单的天体，复杂的是黑洞周遭的环境，理论天体物理学家根据广义相对论建立了数学模型与计算机模拟。

主反射镜反射入射光并聚焦到一点，就能够将光分解为数据

由此看来，黑洞之所以显示红色，并不是其本身呈现红色，而是光在强大引力的作用下发生了偏转。

爱因斯坦场方程也成功成为后人研究天体运动的理论基础，更是成为发现黑洞的重要地基。

强大引力的“红色黑洞”

倘若没有超级计算与计算机建模，没有视界望远镜，没有VLBI技术……那么人类又怎么能如此直观的看见黑洞呢？