阅读 ‖ 诺贝尔奖引发的黑洞遐想

我渴望理解人类的心灵，

我渴望知道星辰为何闪耀，

我还试图领略毕达哥拉斯“数即万物”的和谐以及数字在变迁之上保持永恒与支配的力量。

I have wished to understand the hearts of men.

I have wished to know why the stars shine.

And I have tried to apprehend the Pythagorean power by which number holds sway above the flux.

——伯特兰·罗素 Bertrand Russell 

图 / Rakicevic Nenad

上学的时候，物理学教授告诉我们，物理的尽头是哲学。多年以来，虽然对这些深奥抽象的知识一知半解，我们依旧常葆好奇与想象。

北京时间10月6日，2020年诺贝尔物理学奖揭晓，三位物理学家分享殊荣，他们的研究都与宇宙中最奇异最神秘的现象之一——黑洞有关。英国科学家Roger Penrose “发现广义相对论有力预测了黑洞的形成”，德国科学家Reinhard Genzel和美国科学家Andrea Ghez “发现银河系中心的超大质量致密物体”。

对于黑洞，人类一步步地推演证明，一步步地接近我们理解中的真相，但时至今日，即使广义相对论坚实而有力地广泛应用于天体物理学中，即使在星系中心发现了超大质量的致密物体，人们依然没有观测到黑洞内部具体的幻化。在物理学定律范围内，窥视黑洞内部是不可能的，黑洞的一切秘密都隐藏于内。

物理学家告诉我们，这是由于事件视界（Event Horizon）的存在。作为一种时空的曲隔界线，事件视界将黑洞包围，如同面纱一般围绕黑洞中心运动。在此视界中，所有的光锥都变形朝向黑洞中心。异常巨大的引力之下，黑洞附近的逃逸速度大于光速，因而任何光线皆不可能从事件视界内部逃脱。

由事件视界望远镜（Event Horizon Telescope）拍摄的M87*黑洞 / EHT Collaboration / ESO欧洲南方天文台，2019年4月发布

Roger Penrose对黑洞研究的重要贡献，是引入了在当时的广义相对论研究中还很新颖的拓扑（Topology）方法，在不依赖对称性的很普遍的条件下，证明了作为黑洞核心组成部分的奇点的出现是广义相对论的必然推论。理论推演中，黑洞内部的物质在引力作用下塌陷，俘获面（Trapped Surface）迫使所有光线指向一个中心，坍缩没有可能停止，时间取代空间，将所有事物推向不可避免的终点，一个密度无穷大的点，一个时间和空间的边界——奇点。

Reinhard Genzel和Andrea Ghez则在近三十年来，一直致力于在银河系中心的恒星群中追踪某些恒星。他们采用更灵敏的传感器和更好的光学元件，将图像分辨率提高了1000倍以上。他们测量的结果高度一致：银河系中心的致密物体相当于400万倍太阳质量，被挤压到一个太阳系大小的区域内。

如果以上对于黑洞的描述过于抽象，让我们来听这样一个故事，故事的讲述者是Subrahmanyan Chandrasekhar，1983年诺贝尔物理学奖得主。“蜻蜓的幼虫生活在水面之下，当幼虫准备好展开翅膀时，它向周围的同伴承诺，会回来向它们讲述水面之上的大千世界、光怪陆离。可一旦真的冲出水面，像蜻蜓一样飞舞，它却再也回不去了。水中的幼虫就这样，永远无法知道水面之外的世界。”

此刻的我们，对于科学，对于人生，是否是已经展翅的蜻蜓，亦或者还是水下孜孜以求的幼虫？

老鹰星云（Eagle Nebula）“创生之柱” （Pillars of Creation）/ NASA, ESA & The Hubble Heritage Team (STScI / AURA)，2015年1月发布

作为一名天文爱好者，我在这个领域的发言权远逊于专业的物理学家和科普作家。和天体物理学相关的阅读只是指引着我，产生一点关于生活的、来自不同维度的感悟与思考。或许和我一样，这则新闻以及一些书籍，更多地只是提醒了你：即使深陷日常，也要仰望星空。

抬起头，看那寥落星点、霁月光风，思忖着时间的川流中天地玄黄，宇宙洪荒。或许，我们每个人身体里真的满是宇宙的尘埃，蕴藏着最初的鸿蒙和奇点一瞬无限的能量。

世间熙熙，人稠众广，时间、黑洞、奇点、坍缩……这些赋予我们的或许只是一个出离的视角，一份更加寂静的内观。佛说本自具足。东方古老的哲学告诉我们，反求诸己，勿向外求。

就让我引用今年诺贝尔化学奖得主之一、法国生物化学家Emmanuelle Charpentier接受2015 年生命科学突破奖（Breakthrough Prize in Life Sciences）颁奖时的一句发言来结束本文的正文：'Curiosity, quest for knowledge and understanding have always been a strong drive in my life.' 的确，好奇心、对知识的渴求以及理解，始终都是生命中强大的驱动力。

Emmanuelle Charpentier，2015 年生命科学突破奖颁奖典礼

P.S. 大小宇宙，其实我们从小就知道啊，星矢不是早已告诉了我们嘛，决定圣斗士优劣的不是圣衣而是小宇宙，它能诞生无穷无尽的伟大力量——燃烧吧，我们的小宇宙！

The Milky Way / A. Ghizzi Panizza / ESO欧洲南方天文台

对于非科班出身的你我，以下这两本书值得推荐。

相较于Penrose的不太出圈，霍金大名鼎鼎，《时间简史》更可谓家喻户晓。事实上，当人们提起今年的诺贝尔物理学奖时，最容易想到的就是霍金。有人说：霍金在黑洞研究上的实质贡献并不亚于，甚至可说是高于Penrose；针对黑洞的纯理论研究不颁奖则已，若颁奖且霍金在世，他一定能够获得这一奖项；给Penrose颁奖在一定意义上就是对霍金的补偿，正是因为霍金，才使得大量理论和观测学家投身黑洞研究。

Neil deGrasse Tyson是美国自然历史博物馆的天文物理学家，也是《自然史》（Natural History）杂志的专栏作家。从时间到空间，从大爆炸到黑洞，从夸克到量子力学，从对行星的探索到对宇宙中生命的找寻，《给忙碌者的天体物理学》简洁明了地介绍了你我在日常生活中所能读到的关于天体物理的几乎全部概念。

参考资料

《我为何而生》，罗素

《长文读懂2020诺贝尔物理学奖：黑洞和银河系最黑暗的秘密》，新浪科技

《人类认识黑洞的小小一步》，刘辛味

《彭罗斯对黑洞研究到底有何贡献？霍金若在世能否得奖？》，卢昌海