为何黑洞是红的？为什么爱因斯坦又对了？答案是黑洞背后的超算

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黑洞，可以说是宇宙中最危险却又最迷人的天体 。它的发现离不开一个人—— 爱因斯坦 ，虽然不是他老人家亲自发现的黑洞，但如果没有他的广义相对论，黑洞的发现起码会晚50到100年。为什么这么说？大家接着往下看。

人类为什么要研究黑洞？因为 黑洞代表了宇宙中的一种究极形态 ，那是 光都逃不掉 的空间。同时，黑洞具有巨大的能量，尽管现在对于人类来说，黑洞的能量是毁灭性的，但这并不妨碍人类未来对其利用，就是这个未来不知道是多少年后了。

总之，黑洞对于人类的吸引力太大，我们没有理由错过它！

黑洞并不是概念天体，而是宇宙中真实存在的。并且是 人类已知的质量最大的存在 ，就连光也无法从其引力范围内逃离。同时，黑洞也是密度最大的物质， 它的密度大到无法用具体的数字来表示 。黑洞并不是凭空出现在宇宙中的， 它的前身是恒星 。

恒星是宇宙中常见的能量发射体，不同恒星之间的差距非常大。比如，最小的恒星，质量只有太阳的7%到8%； 最大的恒星，半径可以是太阳的1700倍 。不同的恒星归宿也会不一样，像太阳这样的恒星，最后结局就是一颗 白矮星 ，孤零零地在宇宙中处于死寂。而 大质量的恒星，会在灭亡之前轰轰烈烈，最后要么变成中子星，要么变成黑洞 。

恒星含量最多的元素是氢，这是宇宙第一号元素，可以说没有它就没有今天的宇宙天体。 氢原子之间通过核聚变反应，合成质量更大的原子，并释放大量的能量 。根据元素周期表上的顺序，它先是合成氦原子，当一颗恒星上的氢原子 全部消耗完毕 ，形成氦原子后，恒星也 结束了自己最稳定的主序星时期 。

氦原子继续参与核聚变，但是它产生的能量完全比不上氢原子。这个时候， 恒星的表面会膨胀，内部因为核聚变产生大质量的原子而收缩 。当聚变进行到铁元素时，外部膨胀和内部收缩打破平衡，恒星再也没有办法维持下去。这时它有两条路，一条是坍塌，这是质量较小的恒星的路；另一条就是来一场爆炸， 让周围的一切来为恒星陪葬 。

爆炸会将恒星外部的物质全部甩走，成为星云的一部分，参与下一个恒星的诞生，所以这个爆炸被叫做 超新星大爆炸 。爆炸之后，恒星就只剩下一个内核了，体积与原来相比不值得一提。但是，它曾经大部分的质量被浓缩到这个内核里，于是 它要么演化成中子星，要么演化成黑洞 。科学家们发现，质量在太阳8倍以上的恒星，有向这两种天体演化的趋势。

黑洞的引力非常强大， 能够将光也吸进去 ，要知道光速是目前已知的最快速度，连它都无法逃离，可想而知其他天体遇上黑洞的命运。黑洞的名字灵感来自于黑体，黑体是基尔霍夫在1862年命名并引入热力学内的一个名词。 黑体 （Black body）是一个概念体， 它不会产生反射和投射，吸收一切电磁辐射 。这与黑洞（Black Hole）吞噬一切物质的特性一样。

黑洞在1970年被人类第一次发现，但 科学家确立黑洞存在的时间更早 ，可以追溯1915年，爱因斯坦（Albert Einstein）发表了广义相对论， 提出了著名的爱因斯坦场方程 。

1916年，德国天文学家卡尔·史瓦西（Karl Schwarzschild）利用方程得到了一个解。

后续的天文学家们对这个半径继续研究，最终得到了一种天体，称之为黑洞。可是受制于当时的天文技术，黑洞只是一种假说，没有证据证明宇宙中真的存在， 即便是1970年人们发现了黑洞的踪迹，还是无法肯定这个天体的存在 ，科学家们甚至 不知道黑洞的模样 。

1978年，美国物理学家Jean-Pierre Luminet绘制了第一幅黑洞概念图 ，图上的黑洞犹如黑色的旋涡，又像一个无神的黑色眼睛，这是Luminet 借助IBM7040穿孔计算机完成 的。2014年，电影《星际穿越》在Luminet的基础上，用电脑特效渲染了一个黑洞图像，仿佛一个黑色的深渊巨口。

科学家们认为黑洞是黑色的，因为光无法从它的周围逃逸，因此我们只能看见黑洞的“光环”，也就是它引力范围以外的区域， 光线的逃逸路线会出现曲率，那是唯一能够证明黑洞的浮光掠影 。为了能够拍到黑洞的照片，全世界的天文观测点联合起来， 在2017年，拍摄黑洞计划正式启动 。

2019年4月10日，人类 历史 上的第一张黑洞照片问世，瞬间震惊了世界。 这张照片的黑洞位于室女座一个巨椭圆星系M87的中心， 距离地球5500万光年，是太阳质量的65亿倍 。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 。

为了拍摄这张名垂青史的图片，位于美国、西班牙、墨西哥、智利以及南极的8台亚毫米射电望远镜同时展开观测。 科学家将这8台望远镜构建成视界面望远镜（EHT）， 口径13000公里 ，约等于地球的直径 。这相当于在法国巴黎观看美国纽约的报纸，每个字母都能看得清清楚楚。

然而，构成视界面望远镜只是第一步，由于这8台望远镜是射电望远镜，得到的是数据而非图像。因此需要将这些数据通过超算系统处理，最终得到图像。因为 每一台望远镜得到的数据有1PB，普通的计算机根本不可能处理得过来 。

数据被发送给了麻省理工大学以及德国的马普研究所，二者运 用自己的超级计算机处理系统 ，对数据进行分析，最终运用电脑合成，得到了黑洞的第一张照片， 耗时两年 。

按理说，黑洞会吞噬一切物体，它本身是不会发光的。但是，黑洞的范围不是无限的，在其引力范围之外， 光以曲线的形式逃跑 ，因此理论上， 黑洞的照片应该像日全食的时候一样，中间是黑的，周围有微光 。那些光很有可能是被它吞噬的恒星，在消失前最后一次向宇宙说明自己曾经来过。

科学家们解释道，别看这张照片是静态的，其实宇宙中的黑洞是在旋转的，而且它吞噬天体并不是像鲸鱼那样一口就将天体吞下去，而是 从天体的最外层开始，利用武侠中“吸星神功”一样的方式， 将天体表面的物质吸走 。

天体是由外向内被吸干，而不是被吃进去的。如果黑洞吞噬的是一颗恒星，其 表面多的是氢，它们正在剧烈的核聚变，结果被吸走，于是形成了吸积气体流 。

就好比水池放水， 整个出水口只有一个，于是在出水口那里会形成一个旋涡 。恒星的周围也只有这一个吞噬口，这些物质也会像水流一样旋转，形成黑洞周围的吸积盘。

恒星是什么颜色？看看太阳的高清照就知道了， 恒星大多数都是红色的火球 ，那么不管是吸积气体流，还是吸积盘，都是由恒星的一部分组成的，因此 也会随恒星呈现红色。这就是黑洞周围是红色的原因 。

早在此前观察的时候，科学家们还发现， 黑洞的中心会形成喷流 ，只可惜喷流里的物质很少，比起吸积盘的范围小太多，亮度也远不如吸积盘，所以拍摄到的照片中没有显现喷流。

拍摄黑洞计划耗时两年多，发动了8台天文射电望远镜， 横跨南半球，上千名天文学家参与 ，背后是两个研究所的超级计算机系统， 花费上亿美元 。人类费这么大的力气研究一个距离我们5500万光年外的天体是为了什么呢？总不会是人类要移民去黑洞吧？这可不兴移啊。

黑洞虽然很恐怖，无论再大的天体，都能被其瓦解， 如果是地球遇到它，那么地球只有乖乖被撕碎的份 。而且地球是行星不会发光，就算被黑洞吞噬，也不会产生什么吸积流和吸积盘。

如果有另一个文明观测，压根不会直到地球被吞了，顶多能看见太阳形成的吸积盘。可悲的是， 黑洞的质量比太阳大很多，动辄得咎就是上亿倍，质量越小的恒星，被吞得越快 ，因此它只有那圈红光能够证明这里有一个恒星。

可是黑洞却蕴含着 巨大的能量 ， 它是目前已知的唯一能够超越光速的存在 。这并非说黑洞的运行速度比光快，而是说它的能量能够克服光的逃逸，如果将这个能量表达出来，那么就会出现 超越光速的物质 。还记得科幻电影里面的宇宙飞船能够穿梭在宇宙的各个角落吗？它就是利用了 曲率引擎 。

所谓曲率引擎，指 通过对时空本身的改造来驱动飞行器，让其飞行速度突破光速限制 。爱因斯坦曾提出，当物体的运动速度达到光速时，就会看见过去的景象，这就是 穿越时空 。但是，想要超过光速谈何容易，这可是人类已知的最快的速度。曲率驱动需要能量，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。

黑洞告诉了人们这个可能的存在， 它能够用自己的引力控制住光，那么这个引力变现，成为一种驱动力 ，是否就能让物体的速度超光速？理论上是可以的，但是黑洞的危险也不言而喻，很有可能还没有加速到人类想要的程度，就先一步被拉入深渊。

黑洞对人类的吸引力正如它的引力一般，强大无比。尽管我们现在无法靠近黑洞，可并不代表人类就会永远以一个旁观者的角度去看待黑洞， 宇宙中一切能利用的能量，对人类都有致命的诱惑 。

然而，科学家最担心的是，离我们最近的并不是这个M87黑洞。如果在人类还没有发展出曲率技术时，一个黑洞靠近我们的太阳系， 那么迎接人类的，只有可怕的毁灭 。

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屯留县17018273998： 发现黑洞为什么说爱因斯坦又对了? - ？
实实富山： 以前都不知道有黑洞这个东西存在.现在才确定这个黑洞可能存在的位置,越来越多的证据证明这里有个黑洞,所以地球上的人类打算用相机照一下看看.以前都不知道这个东西存在,怎么拍.以前拍到过可能并不知道啊,因为黑洞不发光,黑洞会吸收光.扭曲空间.拍照也不是拍黑洞,实际上是通过拍黑洞周围的天体的光,来产生一个扭曲的环境.

屯留县17018273998： “黑洞”是什么颜色? - ？
实实富山： 黑洞的概念前面有人提出来了,但并不严谨和完善.我将在下面用广义相对论和闵可夫司基的绝对时空概念解释黑洞和为什么不存在平行时空. 实际上,黑洞并不是一个洞、也不是黑色的,吸到黑洞里的物质并不是绝对不能返回到外界,而黑洞...

屯留县17018273998： 黑洞为什么那么可怕!! - ？
实实富山： 因为黑洞是一种引力极强的天体,就连光也不能逃脱.当恒星的史瓦西半径小到一定程度时,就连垂直表面发射的光都无法逃逸了.这时恒星就变成了黑洞.说它“黑”,是指它就像宇宙中的无底洞,任何物质一旦掉进去,“似乎”就再不能逃出.

屯留县17018273998： 黑洞是什么?为什么会有黑洞 - ？
实实富山： 黑洞是密度超大的星球,吸纳一切,光也逃不了. (现在有科学家分析,宇宙中不存在黑洞,这需要进一步的证明,但是我们在学术上可以存在不同的意见) 首先,对黑洞进行一下形象的说明: 黑洞有巨大的引力,连光都被它吸引.黑洞中隐匿着...

屯留县17018273998： 黑洞是种什么天体?黑洞又是怎么形成的? - ？
实实富山： 黑洞是一种时空曲率无限大,引力膨胀到无可估量的天体.它是由一个“史瓦西奇点”构成的.大质量的恒星步入衰老期之后,经过一段时间的演变,密度超过了一定的上限,就会转化为黑洞. 我们都知道,可观测宇宙内,有着无数让人类谈之...

屯留县17018273998： 为什么爱因斯坦的相对论在黑洞理论中能成立? - ？
实实富山： 广义相对论讨论的就是包括大范围时空和超大质量和能量的宏观系统的问题,所以黑洞正对应着一种极端情况,即在一个视界包围下的奇点具有无限小的时空和无穷大的质能密度,场方程的讨论在这个点失效,而正是在这种在如此小的时空区域具有如此明显的引力效应,使量子效应得到展现,所以可能使一直无法统一的相对论与量子力学在黑洞理论中得到协调,也就是现在正在发展的量子引力学.

屯留县17018273998： 黑洞是爱因斯坦的? - ？
实实富山： 1、黑洞不是爱因斯坦的.2、黑洞是极度弯曲的时空,其本身没有确定的半径,只能说事件视界半径.3、根据引力公式:黑洞的质量M=RV^2/G,其中R为天体绕黑洞中心公转半径,V为天体公转的线速度,G是牛顿万有引力常数.而黑洞的事件视界半径r=2GM/c^2,所以 r=2G(RV^2/G)/c^2=2RV^2/c^2.代入你提供的数值后得r=5.3x10^5(kM),即相当于53万公里.不过这个算法是相当粗略的.

屯留县17018273998： 为什么有黑洞？
实实富山： 黑洞是根据爱因斯坦的相对论做推论时提出的一个概念.为了便于理解我从高中物理层次解释一下.其实从某些方面看它无非是一个密度比较大的天体而已.我们可以通过引力的计算公式(这里我们会借用牛顿的公式,做一个并不很严格的大概...

屯留县17018273998： 黑洞是个什么概念? - ？
实实富山： 黑洞中隐匿着巨大的引力场,这种引力大到任何东西,甚至连光,都难逃黑洞的手掌心.黑洞不让任何其边界以内的任何事物被外界看见,这就是这种物体被称为“黑洞”的缘故.我们无法通过光的反射来观...

屯留县17018273998： 黑洞为什么存在？
实实富山： 因为每个天体都有各自的引力,引力大的连光都无法逃逸的就是黑洞. 黑洞是爱因斯坦的广义相对论所描述的一种特殊天体,它具有非常强大的引力,连光也无法脱离众所周知,物体要脱离某个天体的时候,其速度所造成的离心力必须大于这个...