【科技．未来】黑洞首张影像只是开端　研究要如何走下去？

从来无人见过黑洞（black hole），却几乎公认黑洞存在。在理论物理学家爱因斯坦（Albert Einstein）1916年发表“广义相对论”以来，一直只有“间接”证据证明黑洞存在，但上周终于打破僵局，在华盛顿、布鲁塞尔、圣地牙哥、东京、上海、台北六个城市同步举行的新闻发布会上，“事件视界望远镜”（Event Horizon Telescope，EHT）项目总监Sheperd Doeleman宣布：“黑洞是宇宙最神秘的东西，我们看到了本来以为看不到的。我们拍了一张黑洞照片。”然而，这张黑洞影像又回答不了甚么问题？EHT团队及物理学界研究黑洞的下一步又是如何？

上周多国同步发布首张黑洞影像，引证了爱因斯坦提出的广义相对论，在天体物理学理论上承先启后意义极其重要。然而，是次观察未能透视高深莫测的黑洞内部。Younsi指出：“黑洞不是事件视界，而是更里面。可能是仅仅在事件视界之内，浮于该表面之下的某种东西，或是位于中心的奇点……或是一个环。照片仍未能解释黑洞内部是怎样的。” Falcke补充：“对我来说，重大问题在于是否有朝一日可以超越这个限制。或许不可能，令人沮丧但也要接受。”

另一棘手之处是，今次观察对黑洞质量的估算比以往利用运行气体推测的数字大得多。若这表示旧有方法不再适用，科学家便需要找出原因。“我们以气体动力学扩阔可接触的星系种类，所以这可能是重要时刻，正确校准那个技术。”美国普林斯顿大学天体物理学家Jenny Greene说。正当新的数据有助找出黑洞质量，要找出M87事件视界延伸到多远就较为麻烦。就如阴影或剪影边界一般较模糊，照片中的黑圆亦然，到底它有多阔，取决于一些现时未知的参数，例如黑洞的旋转速度、它在太空中确实的定向等。

在比利时布鲁塞尔的记者会上，荷兰拉德堡德大学天体物理学家Monika Moscibrodzka也说，现时的观测未够仔细，不足以量度M87黑洞旋转得有多快，而这正是黑洞的重要特征。她期望未来更多研究可帮助理解黑洞如何射出巨大喷流。加拿大麦基尔大学（McGill University）物理系助理教授Daryl Haggard则指出，科学家仍不清楚黑洞如何产生强大喷流：“喷流、风、外流，似乎它们推出物质与吸入物质同样在行。”观察光、物质及M87事件视界或有助科学家揭开这神秘过程。

拍到黑洞照片仍无法完全解答所有宇宙和重力问题。《纽约时报》宇宙新闻记者Dennis Overbye就指出，现时宇宙中满布大大小小的黑洞，很多都是巨大恒星燃烧殆尽后塌缩而成，其他隐藏于几乎每个星系的中心，比太阳大数百万或数十亿倍。无人知道这些庞大黑洞如何形成，是大爆炸的原始能量造成，还是在宇宙之初极庞大的恒星塌缩并吞噬周遭一切而形成？加拿大滑铁卢大学（University of Waterloo）物理学家Avery Broderick在华盛顿的记者会上说：“我们知道一定有更多未知之数，黑洞只是我们寻找答案其中一处。”

事实上，EHT在2017年开始观察时有两个目标黑洞。除了M87星系的黑洞外，另一个是位于银河系中心的“人马座A*”，质量估计是太阳的400万倍，与地球距离约2.6万光年。现时EHT正生成该黑洞的照片。“希望很快有成品。” Doeleman形容，人马座A*的黑洞“迷人、有趣”，但它比M87那黑洞小得多，较难“拍摄”其照片。德国法兰克福大学（Goethe University Frankfurt）理论天体物理学家兼EHT成员Luciano Rezzolla补充，该黑洞比M87的黑洞小近1,000倍，每次观察时，围绕它运行多次的物质会产生不断快速更改而非稳定的讯号，令数据难以解读，并有可能得到更庞大的资讯。

EHT团队希望未来以更短波长拍摄，使用更多望远镜，并将其中一个置于太空，以增加“虚拟望远镜”的大小和像素。事实上，EHT网络正持续扩大，去年4月就在格陵兰增设了一支望远镜，并展开了另一次对M87和银河系黑洞的观察，收集数据是2017年那次的两倍。这些数据未有随是次照片成果公开，但将用作进一步确认和监测这两个黑洞的行为。同时，EHT正筹集资金在非洲建立据点，以填补现有网络的一大空缺。他们计划把一个直径15米、已退役的望远镜，由智利运到非洲南部纳米比亚桌山（Gamsberg Table Mountain）。现时EHT已分别在格陵兰和法国阿尔卑斯山增设了望远镜。

Doeleman表示，虽然拍摄黑洞照片过程艰辛，但能得到天文中最神秘物体的清晰照片绝对值得。他们的最终目标是要拍到黑洞的实时影片：“我们有信心由黑洞的定格影像进展到影片。我们不认为在未来十年会有任何物流问题足以限制我们。”没有参与拍摄计划的美国哈佛大学天体物理学家Andrew Strominger则希望，看到更多像M87一样高速旋转黑洞的细致照片。据理论计算，若黑洞转得够快，会在时空形成虫洞（wormhole），黑洞照片可助确认或反驳这些假设。Strominger期望未来有天，照片质素足以看到黑洞及其虫洞：“这是科幻小说才有的事，我们将会看到。”

但对于物理或学术界以外的人，黑洞照片与日常生活有什么关系？Overbye说：“它肯定可以为你日常生活提供背景脉络，但它不会对市场有任何影响。它或许会触动你的灵魂。然而，当爱因斯坦以广义相对论形容他想像出的弹床宇宙时，并没有想到它后来被用于你口袋中用作计时、精确告诉你在哪里的设备，即是GPS（全球定位系统），但它们极之依赖广义相对论（修正重力对时间作用）来告诉你在哪里。所以有谁知道有什么关系？”

重温相关报道：【科技．未来】证爱因斯坦百年前理论　黑洞照片扩阔人类“视界”

上文节录自第158期《香港01》周报（2019年4月15日）《引证爱因斯坦百年前理论　黑洞照片扩阔人类“视界”》。

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