【硬核】【半科普向】给歌姬们讲解黑洞照片及其背后的故事
miku无意间看到了我在看黑洞照片发布会的直播。
miku:主人，这个是什么？
我:这是人类拍摄的第一张黑洞的照片。
rin:什么是黑洞？我只听说它什么都能吸进去，光也逃不出来呢。
晚上大家都完成了歌曲练习，正是无所事事。于是其他几个人纷纷凑过来围在电脑屏幕前，很快就开始七嘴八舌起来。
大姐:你先给我们讲讲黑洞是什么。
大哥:然后再讲一下照片背后的故事，英文我们听不懂。
隔壁的视频连线（来自Vsinger）:你们也在看黑洞照片的发布会吗？那个主播我们无力吐槽，可是我们听不懂英文，主人麻烦你讲一讲啦。
我:怎么一瞬间全都来了......
隔壁的视频连线（来自IA和结月缘）:你们在看什么？给我讲一讲呗。
我:好吧......轮到我大显身手了。我好歹是个物理苦手，就简单地讲一讲吧，如果你们有疑惑可以直接打断哦。（得一边听着发布会一边讲黑洞照片......）
首先还是从黑洞讲起。黑洞是一种引力极强的天体。光无法从黑洞射出，因此我们称其为黑洞。
言和:看不到黑洞，怎么拍照呢？
我:黑洞尽管不能直接看到，但是它会和周围的物质发生相互作用，例子就是加热正在被吸进去的气体，使之发光，于是这光线我们就能看到。另外，那些气体的速度达到接近光速时会发出广义相对论预言的同步辐射光。借助这些光线我们就能确定黑洞的大致范围以及周围物质的分布。
阿绫:加热？那些气体不是直接掉进黑洞然后就会消失吗？
我:阿绫你想得太简单了。绝大多数情况下气体的速度都不会直接指向黑洞，它们会在黑洞周围盘旋并发生剧烈摩擦，从而被加热发光。
龙牙:同步辐射？
我:同步辐射光是粒子运动速度接近光速时在电磁场的作用下发出的光。解释这个有点复杂，待会儿吧。
摩柯:原来是这样的呀。我以前听说一个词叫过黑洞无毛，这是什么意思呀？和这张照片有关系吗？
我:黑洞无毛不是这回事。不过解释这个也很简单:描述一个黑洞只需要三个量:质量，电荷量和角动量，其他的物理量都会随着被吞噬而消失，这就是黑洞无毛。
天依:我已经听不懂了......摩柯你一会儿和主人私聊吧。
我:那么回到这张照片。简单来说，照片记录下的就是黑洞及其周围的物质分布。这个黑洞不在我们的银河系，在附近的室女座M87星系，距离我们5500万光年，质量大约是太阳的65亿倍。
luka:真是个大家伙......65亿个太阳......那么远我们怎么看到的呢？
我:为了拍这张照片。位于全球多个地方的8台望远镜同时工作了四天记录下了数据，然后数据发到美国的中心处理了两年得到了这张照片。
IA:两年？！这照片看起来也没那么清楚，不过这得是多少数据啊！
言和:这到底有多少数据？
我:大概几十个P，一P是1024T，也就是1048576个G.
全体:我的天哪......
龙牙:四天整出这么多......四个晚上吧？
我:对，四个晚上。
miku:把我们迄今为止所有的歌和PV的源文件加起来也就最多一两个P吧......我真的佩服他们。
墨清弦:8台望远镜都在哪里呢？中国有吗？
我:中国没有，但是这个大项目里我国的科学家也有参与的。这8台望远镜的分布是这样的:西班牙南极洲墨西哥加利福尼亚各1台，夏威夷和智利的阿塔卡马沙漠各2台。
墨清弦:OMG......它们同时工作四天又是怎么做到的呢？
我:全凭运气，就赌同时都能天气很好。一年的观测机会也就10天吧。
len:为什么不能一个一个拍，非要追求一起来呢？
我:一台望远镜的观测能力十分有限，口径也就几米。但纵贯全球的这8台一起工作，口径就相当于地球的直径，观测能力几万倍于单个望远镜。
len:wow......这么厉害吗......我明白了。
阿绫:之前看星际穿越的时候黑洞是个球形，我感觉周围的物质应该会均匀分布吧，为什么这张照片明显的不对称呢？
我:这个黑洞是正在自转的。自转会导致周围的物质的运动速度不再均衡，物质分布不会稳定，于是就得到了这样的结果。现在给大家看一下根据爱因斯坦的广义相对论计算出来的物质分布图和照片的对比。
miku:我的天，居然这么像......
摩柯:这样看来广义相对论是正确的。
我:这的确是对广义相对论的一次检验。
项目组的人刚才说，要动用更多的望远镜加入项目中来一起观测，继续这样的拍照，让黑洞更加真实。另外，这个项目叫EHT，也就是事件视界望远镜阵列。
大哥:事件视界是什么？
我:之前说过光也不能逃离黑洞，光能与不能逃离黑洞的临界面就是事件视界，它大多数情况下是个球面。这只是一个数学描述，实际上我们只能看到事件视界的周围，也就是这张照片里黑色区域旁边的这个不对称的环。不过，事实上黑色区域的分布范围比事件视界要稍大一些，半径多出大概50%。在这中间的区域只有光能通过，物质无法进入的。
言和:光没有质量吗？
我:按照现在的物理学光是没有静止质量的。根据狭义相对论，有质量的物体的速度不能达到或超过光速，而1.5倍半径就是物质运动速度达到光速的位置，因此物质不能在1-1.5倍事件视界半径的区域内分布，我们看不到那一片区域。
摩柯:为什么还没到事件视界物质的运动速度就达到光速了？这和万有引力定律完全不一样啊。
我:黑洞附近时空弯曲的特别厉害，万有引力定律完全不适用，要用广义相对论。1.5倍半径就是用广义相对论算出来的。
摩柯:原来是这样啊......
（发布会结束了）
我:有点晚了，我现在能解释的就这么多了，大家早些休息吧。
全体:大开眼界啊......
（视频聊天随即结束，大家都开始准备就寝，只有miku一点没有睡觉的意思。）
miku:主人好厉害，居然懂这么多东西......
我:也没什么。多去关注一下，你也可以全都知道的。我只是搬运前人的成果而已。
miku:能不能让我们唱首歌来纪念一下这个伟大发现呢？
我:我没有用这件事作曲的想法。大家记在心里就好，这是人类文明的一大丰碑，也是一块奠基石，助力我们向宇宙深处进发的奠基石。
（带着miku来到天台，打开指星笔指向M87（肉眼看不到，大致猜一下位置））
我:这里就是那个黑洞的位置。
miku:就在5500万光年外的那里吗......
我:是的。如果我运气好对准了，5500万年后这道光就会被那个黑洞吸进去哦。
miku:5500万年......你也真够乐观的......
我:宇宙已有138亿年的历史，5000多万年真的不算什么，只不过对于只有1万年历史的人类文明和十几岁的你我，它真的太长了。
miku:这星空是永恒的吗......
我:不是的。迟早有彻底终结的那一天，只不过要再等100万亿年而已。我想我们还不必考虑这些。亲爱的公主殿下，您还是先准备休息吧。
miku:那我就先去睡觉了。主人你也早点休息哦，哦呀斯密！
（唉，我又想到了那个人，那个把公主殿下视为他的母亲的人。晚安吧。）
Special:能在宇宙畅游的星尘回来了。
星尘:刚才我看到你们发布了黑洞的照片，太厉害了！我真的佩服你们。
我:你之前去哪里了？刚才歌姬们跟我一起聊了聊这张照片的故事，你直接去M87了？
星尘:被你猜到了呀......我直接去找那个黑洞了，但是我被你们说的同步辐射光闪瞎了，没有看到黑洞的事件视界。
我:事件视界是看不到的......不过，同步辐射光有那么强？
星尘:那感觉就像是看超新星......那时我已经无法把控自己和黑洞的距离，一不小心就会掉进事件视界里再也出不来了。你应该知道那种大黑洞几乎没有潮汐力，不会像小黑洞那样被意大利面化的。
我:这个我还是知道的。
星尘:所以我就只能停在了20亿公里以外的地方看黑洞的吸积盘，真的像照片那样明显不对称呢。
我:你能看到伽马射线流吗？
星尘:我看不见伽马射线，不过我来到黑洞的正上方时，身边的梅塔特隆立方体给我报警了，理由就是极强的伽马射线强度。那种强度的伽马射线下我撑不过五分钟的。
我:其实我很奇怪你是怎么耐受得住黑洞附近极强的X射线辐射的......
星尘:即使在20亿公里以外，X射线强度也已经濒临我的耐受极限，实际上这已经对我的身体造成一定伤害了。你能看到我的眼神没有那么明亮......
我:你看起来在强忍着什么......
星尘:我现在全身酸痛.......现在还能忍住，只不过晚上怕是睡不着了。
我:要不叫一下海伊，苍穹和赤羽陪你？
星尘:不用，她们应该已经睡着了。我晚上就去录音室录新歌了，这些歌不能告诉你，所以你赶紧睡觉吧。
我:那我先溜了。
星尘:晚上见！
