在去年4月，你我成為(wei) 了見證黑洞真麵目的第一代人，它的照片你還記得麽(me) ？真就是黑乎乎的，還帶著橘色光圈。

這張照片所拍攝的位置距離地球約5500萬(wan) 光年，黑洞的質量為(wei) 太陽的65億(yi) 倍，照片也被比作在地球表麵分辨出月球表麵上的餅幹形狀。

而如今，科學家基於(yu) 這一成果，推出了黑洞在過去8年間，也就是從(cong) 2009年到2017年的動態演變過程。

（來源自：Event Horizon Telescope，gif由Nature編輯）

圖像簡單卻來之不易，它由事件視界望遠鏡(EHT)與(yu) 其他天文台合作，利用黑洞的舊數據和數學模型相結合，最終才展示出這一畫麵。
黑色的夜空，幾百年來讓天體(ti) 物理學家魂牽夢縈。

黑體(ti) 輻射的研究，孕育了隨後的量子革命。

黑洞，一直是宇宙中富有魅力的獨特存在。

暗物質、暗能量，則是當代宇宙學裏神秘的假說。

為(wei) 什麽(me) 物理學家喜歡用「黑暗」一詞來形容這些科學發現呢？這些神秘概念又都引發了哪些科學革命，啟發了多少文學作品？給好奇者的暗黑物理學▼▼▼

好奇心不分文理，今天推薦的這本暗黑之書(shu) ，綜合了哲學、藝術、文學的新視角，這裏有愛因斯坦的相對論，也有保羅·薩特的哲學，有霍金的黑洞，也有波德萊爾的詩句……而且語言深入淺出，大眾(zhong) 也能看得懂。不信？讓我們(men) 一起來了解一下，神秘莫測的黑洞，和你家的浴缸之間有什麽(me) 關(guan) 係。

和行星以及恒星一樣，黑洞也可以旋轉。然而，一個(ge) 旋轉的黑洞不會(hui) 像陀螺一樣在一個(ge) 靜止的外部空間中轉動，它以一種旋渦式的不可抵抗的運動驅動著它周圍的時空。
一艘運動中的飛船，在黑洞附近的區域裏會(hui) 發生什麽(me) 呢？

為(wei) 了理解這一點，讓我們(men) 和清空浴缸水時看到的旋渦來做個(ge) 類比。
在這種情況中，水在做一個(ge) 螺旋運動，這個(ge) 螺旋運動可以分解為(wei) 一個(ge) 圍繞出水口的圓周運動和一個(ge) 朝向出水口下方的徑向運動。
現在，讓我們(men) 想象有一艘船行駛在湖麵上，而湖底有一個(ge) 類似清空浴缸時的那種旋渦，而這艘船行駛到了旋渦附近。船的發動機可以讓船的最高時速達到20千米。

在遠離旋渦的地方，水麵依然比較平靜，顯然船長可以任意航行，因為(wei) 有發動機的動力，盡管有水的驅動力導致船發生緩慢的偏移，他依然可以校正航向。因此船長不用拋錨就可以控製自己的船和湖岸的距離，他可以讓船靠近或者遠離旋渦，甚至可以逆水流方向航行。
當靠近旋渦的中心時，船最終會(hui) 進入一個(ge) 區域，在這個(ge) 區域裏水流旋轉流動的速度和船的最高時速相等。在這個(ge) 臨(lin) 界距離以下，即使船的行駛方向是旋渦的相反方向、發動機全速運行，船也無法保持固定的位置，它將無法抗拒地被推向旋渦的旋轉方向。
操縱船的可能性降低，可能的行駛方向也不再是任意的：船隻能向前移動，旋渦旋轉得越快，船在區域中就越受限製。

舵手是可以擺脫這一尷尬情況的，隻要他要把油門全開，根據一個(ge) 外向的螺旋軌跡正確地定位航向，並將船引向遠離旋渦中心的方向就行。
但如果船冒險地去靠近旋渦中心，那麽(me) 在一個(ge) 時刻，水流的徑向速度會(hui) 達到每小時20千米，這就是船的極限速度。這是真正的麻煩開始的時候：掌控航向的可能性變得非常低，於(yu) 是船別無選擇，隻能被拉拽到旋渦中心……
在旋轉的黑洞周圍，情況是類似的。一艘接近黑洞旋渦的飛船。也要承受黑洞旋轉導致的時空驅動力。這個(ge) 運動在一個(ge) 被稱作「靜態極限」的曲麵裏，成為(wei) 一種必然。

在這個(ge) 區域內(nei) ，即使宇宙飛船的速度可以達到光速，它也無法與(yu) 遙遠的恒星保持相對靜止！
當我們(men) 繼續接近黑洞時，我們(men) 會(hui) 再看到黑洞視界，它是黑洞的真正邊界，是一個(ge) 任何物質都無法逃脫的界限。一個(ge) 旋轉黑洞的視界，完全被包含在靜態邊界內(nei) 。
對於(yu) 一個(ge) 旋轉的黑洞來說，在靜態極限處，時間仿佛「凍結」了，發射的輻射被接收時伴隨著無限的紅移。但是，物質和輻射最終會(hui) 被限製在黑洞的表麵。位於(yu) 靜態極限和視界之間的時空區域被稱為(wei) 能層，因為(wei) 它的屬性可以讓我們(men) 從(cong) 中提取出能量。
英國物理學家彭羅斯想象了下麵這個(ge) 巧妙的機製：

在一個(ge) 遠離黑洞靜態極限的位置上，我們(men) 朝能層方向拋射一個(ge) 物體(ti) 。這個(ge) 拋射物的設計使得它可以在操作者設定的時間分成兩(liang) 部分。

如果我們(men) 認真挑選初始軌跡，那麽(me) 其中一部分最終將被黑洞捕獲，而另一部分則會(hui) 穿過能層並被收回。
彭羅斯證明，拋射物這樣被發出，可以使得被收回的那部分的能量大於(yu) 初始拋射物的能量。這就使得被黑洞捕獲的那部分在落入黑洞時，運動的軌跡是與(yu) 一個(ge) 黑洞旋轉方向相反的螺旋軌跡。

逃脫黑洞的那部分所收回的能量來自哪裏呢？來自黑洞！
對於(yu) 黑洞來說，這個(ge) 操作最終導致的結果就是質量增加，以及旋轉能量下降。因此，旋轉的黑洞起到的是一個(ge) 巨大的能量儲(chu) 備的作用，如果我們(men) 足夠熟練，就可以從(cong) 中獲取能量。‍
看到這裏，不難理解，黑洞的驚人屬性為(wei) 何成為(wei) 了科幻作家最常用的主題之一。這些可以擾亂(luan) 周圍時空的迷人星體(ti) ，常常被用作通往其他宇宙的「大門」。

在電視劇和小說中，太空旅行是通過人造黑洞完成的，人們(men) 也可以通過黑洞之間的橋梁獲得在太陽係中移動的能力。

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