《星际穿越》中的黑洞看起来惊人地真实

《连线》杂志有一篇有趣的文章,讲述了物理学家和黑洞专家基普·索恩在11月7日上映的电影《星际穿越》中的工作。我们早就知道这部电影的前提:地球是一场灾难,人类正处于灭绝的边缘,人类必须找到新的家园。

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点


《连线》(Wired)杂志有一篇有趣的文章,讲述了物理学家和黑洞专家基普·索恩(Kip Thorne)在11月7日上映的电影《星际穿越》(Interstellar中的工作。我们早就知道这部电影的前提:地球是一场灾难,人类正处于灭绝的边缘,人类必须找到新的家园。唉,太空太大了。要前往我们最近的可能的第二个家园,需要太多人类的生命。到达那里的唯一方法是通过虫洞——一个连接宇宙中两个遥远区域的时空隧道。

虫洞,也称为爱因斯坦-罗森桥,与黑洞不同。在正常情况下,如果你掉进黑洞,它会把你碾碎,让你彻底消失,而不是把你抛到宇宙的遥远角落。但是,以各种方式表现的黑洞,在理论上可以打开虫洞。在索恩的指导下,显然诺兰决定一个以接近光速旋转的巨大黑洞(称为加甘图亚)就足够了。

有趣的是,《星际穿越》中的黑洞看起来与事件视界望远镜(EHT)的科学家们为研究银河系中心的黑洞人马座 A*而生成的模型非常相似。(EHT是一个国际天文学家小组,他们正在连接一个全球范围的射电望远镜阵列,以在事件视界尺度上观察黑洞。更多信息请点击这里。)换句话说,《星际穿越》中的黑洞确实是科学家们期望现实生活中天体物理黑洞的样子。将《连线》杂志上的图像与滑铁卢大学和周界研究所的理论家艾弗里·布罗德里克(Avery Broderick)的模拟进行比较,他从一开始就参与了 EHT 合作。


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克里斯托弗·诺兰的黑洞具有更高的制作质量,但两张图像都显示了相同的东西:一个围绕黑洞发光的吸积盘;引力透镜引起的“阴影”特征;一条细环标志着最后的 photon 轨道,光线在逃逸或落入黑洞之前会绕着黑洞多次旋转。EHT 天文学家使用他们的模型来预测他们的仪器一旦达到全力,可能会看到什么——从地球上通过全球毫米波射电望远镜阵列观看时,人马座 A* 应该是什么样子。(据推测,如果你即将落入人马座 A*,你会看到更像电影中的东西。)

所以,当你看《星际穿越》时,请记住:马修·麦康纳飞过的那黑洞?科学家们认为我们银河系中心的黑洞可能看起来很像那样。在未来几年内,射电天文学家或许能够拍摄到它的照片。

Seth Fletcher is chief features editor at 大众科学. His book Einstein's Shadow (Ecco, 2018), on the Event Horizon Telescope and the quest to take the first picture of a black hole, was excerpted in the New York Times Magazine and named a New York Times Book Review Editor's Choice. His book Bottled Lightning (2011) was the first definitive account of the invention of the lithium-ion battery and the 21st century rebirth of the electric car. His writing has appeared in the New York Times Magazine, the New York Times op-ed page, Popular Science, Fortune, Men's Journal, Outside and other publications. His television and radio appearances have included CBS's Face the Nation, NPR's Fresh Air, the BBC World Service, and NPR's Morning Edition, Science Friday, Marketplace and The Takeaway. He has a master's degree from the Missouri School of Journalism and bachelor's degrees in English and philosophy from the University of Missouri.

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