黑洞终于成了潮流

对于黑洞，你所看到的并不是你所得到的。黑洞轮廓周围可见的光环半径约为5Gm/c2，其中G是牛顿常数，M是黑洞质量，c是光速。这个光环比一个非自旋黑洞的视界大2.5倍--或者说，如果加上自旋，它的视界最大可达5倍。因此，广告中的真相需要我告诉你，Event Horizon望远镜实际上并没有拍摄到M87星系中超大质量黑洞的事件视界，而是来自更远的地方的光线。

对于一个遥远的观察者来说，光环和地平线之间的区别是理论上的，但对于一个进入黑洞的宇航员来说，这个区别是存在的。进入与地平线相关的终极监狱围墙意味着被判死刑，没有机会与外界分享这一经历。不到一天后，宇航员的身体将达到奇点，并被重力潮汐力量撕裂。

1939年，阿尔伯特·爱因斯坦在《数学年鉴》上发表论文，怀疑自然界中是否存在黑洞。现在，黑洞非常流行，以至于2020年诺贝尔物理学奖被授予了三位研究黑洞的科学家。这给了我庆祝的理由，因为我是哈佛大学黑洞计划的创始主任，该计划汇集了致力于黑洞研究的天文学家、物理学家、数学家和哲学家。

卡尔·施瓦茨柴尔德会很高兴参加我们的庆祝活动。不幸的是，他在一个多世纪前的第一次世界大战中死于德俄前线，也就是在推导出爱因斯坦方程的非旋转黑洞解的半年后。

2020年诺贝尔奖获得者之一罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)证明，黑洞是爱因斯坦广义相对论的有力预测，并由此发明了一种描述时空的新数学工具，称为彭罗斯图。他还证明，通过所谓的彭罗斯过程，可以从旋转的黑洞中提取能量，就像它是一个飞轮一样。他的宇宙审查假说保护了我们从黑洞奇点的病理中预测宇宙未来的能力。在黑洞奇点的病理中，时空曲率膨胀，爱因斯坦的理论崩溃。这一猜想断言，所有奇点都隐藏在事件视界后面，因此接近它们的物质对视界外发生的事情没有因果影响。正如人们所说的拉斯维加斯，无论地平线内发生什么，都要留在地平线内。

今年另外两位诺贝尔物理学奖得主莱因哈德·根泽尔(Reinhard Genzel)和安德里亚·盖兹(Andrea Ghez)证明，我们银河系的中心存在一个重达400万个太阳的黑洞。半个多世纪前类星体的发现暗示，超大质量黑洞通常形成于星系的中心。通过实时监测大质量恒星围绕我们银河系中心的运动，就像它们是围绕恒星运行的行星一样，他们证明了那里存在黑洞。在他们的工作之前，还不清楚黑洞是否与静止射电源射手座A*有关。

他们不仅测量了黑洞的质量，还测试了爱因斯坦的引力理论。他们发现的恒星在两个轨道平面上运行。在与贾科莫·弗拉基奥内的一篇新论文中，我们证明了黑洞的自转必须很小，否则它会模糊恒星一生中严格的轨道平面。根泽尔和盖兹率领的球队展开了激烈的竞争，将他们的努力提升到了极致。这是一个很好的例子，说明了竞争是如何促进优秀科学的。

Genzel和Ghez追踪到的恒星中有一颗被标记为S2，每16年绕银河系中心一周。我给天文学学生的相关建议是，把他们的博士项目集中在一个像S2这样的源上，这个源在十年或二十年的时间范围内演变，这样他们就可以在整个职业生涯中继续学习关于这个源的新东西。

如果史蒂芬·霍金还活着，他将是今年诺贝尔奖的有力竞争者，因为他的工作与彭罗斯在经典广义相对论上的工作并驾齐驱，增加了黑洞蒸发的量子力学方面。

黑洞既简单又复杂。它们是用质量、电荷和自旋来描述的，但正如雅各布·贝肯斯坦(Jacob Bekenstein)第一次认识到的那样，它们携带着巨大的熵。如果能到最近的黑洞进行一次实地考察，并对其进行近距离研究，那将是一件了不起的事情。如果太阳系中有的话，这段旅程在人类一生中都是可行的。

尽管黑洞单独存在时是最暗的物体，但当它们披上一层物质的外衣时，它们看起来是最明亮的光源，这使它们成为万圣节的完美象征。超大质量黑洞的流出塑造了整个星系的演化。这些野兽停止生长只是因为它们变得如此精力充沛，以至于它们把食物从餐桌上推下来。

由于黑洞的体积很小，人们从黑洞中得到的东西比人们预想的要多得多。难怪我们永远不会厌倦思考和谈论它们。