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。