本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
在哈佛大学黑洞计划的首届年度会议上,一位哲学家在演讲结束时说:“与一些著名的理论物理学家的对话使我得出结论,如果物理学界对一个研究项目达成共识超过十年,那么它一定是正确的。” 我意识到他的结论一定受到了以权威定调的科学文化的影响。我个人的经验告诉我并非如此。
到2000年,天文学家已经确定了星系中心黑洞的质量与围绕它们恒星的椭球体或星系核球的亮度之间的相关性。在我看来,任何这样的相关性很可能是由于黑洞的质量达到饱和,其强大的能量输出会排出供给它的气体储层,类似于婴儿变得太兴奋时把食物从桌子上扔下来。
因此,黑洞增长的自我限制必然取决于周围引力势阱的深度,可以通过测量恒星的速度弥散来衡量。在荷兰莱顿举行的一次会议上,我提议绘制黑洞质量与其宿主恒星椭球体的速度弥散之间的相关性图。这个提议立即被会议上的专家驳回,认为它没有意义或不切实际。
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回到哈佛大学后,我参加了我们部门助理教授招聘的两位候选人劳拉·费拉雷斯和卡尔·格布哈特的两次讲座,他们在求职演讲中都介绍了与椭球体亮度的标准相关性。在我随后分别与他们会面时,我建议他们绘制与速度弥散的相关性图。
两个月后,我收到了他们每人发来的一条消息,告知我与速度弥散的相关性很强,并且他们和他们的研究小组即将提交一篇关于这个主题的激动人心的论文。这将成为该领域十多年来最热门的成果,两个团队为了争夺第一个得出公认的黑洞质量和速度弥散之间的相关性的功劳而激烈竞争。
第二个反例是在两年后,我在普林斯顿大学休假期间触发的,当时我意识到,对黑洞高度弯曲时空中最内稳定圆形轨道 (ISCO) 之外的“灯泡”的运动进行成像可以建立对爱因斯坦引力理论的新测试。我推测,这样的灯泡可以采取吸积盘中“热点”的形式,通过彼此交叉的磁力线的重联加热,类似于发生在太阳表面的耀斑。
当我向普林斯顿的“专家”提出这个简单的想法时,他们以黑洞附近气体的湍流动力学为由,驳回了热点的概念,认为它不现实。他们认为,任何“热点”都会因湍流而迅速消散,或被差速旋转的气体剪切掉。
根据我之前关于黑洞相关性想法的经验,我决定不放弃,回到哈佛大学后,我向一位刚刚加入我们新成立的理论与计算研究所的出色的博士后研究员艾弗里·布罗德里克提出了这个想法作为研究项目。在随后的几年里,艾弗里和我写了一系列论文,研究围绕天空中最大的黑洞人马座 A* 移动的一个简单“热点”的可观测后果(光变曲线、随时间变化的图像和偏振图)。这个黑洞位于银河系的中心,重量是太阳的 400 万倍。
我们也对天空中第二大的黑洞 M87 进行了预测,它的重量是前者的 1000 到 2000 倍,但距离是前者的 2000 倍。位于室女座星系团中心的 M87 中的巨大黑洞向外喷射出一条高度准直的喷流,其距离达数千光年。
本月,德国加兴的马克斯·普朗克地外物理研究所的一个天文学家团队,在莱因哈德·根泽尔的领导下,由弗兰克·艾森豪尔带头,宣布在人马座 A* 的 ISCO 附近发现三个耀斑在天空中以圆形运动的热点。他们激动人心的观测数据是使用智利甚大望远镜干涉仪上的GRAVITY仪器获得的。
正如伽利略在用望远镜观察后所推断的那样,“在科学领域,一千个人的权威比不上一个人的谦卑推理。” 我想补充一点,有时大自然比人类更善待创新的想法。