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黑洞為何也可以拍到照片? 16/4/2019

年輕的時候,曾有一段時期非常熱心接觸天文方面的知識,覺得這對開闊一個人的視野很有幫助。人如果能夠明白,自己在宇宙中原來這麼渺小,就不會為個人的得失而耿耿於懷。這種心態對我後來的待人處世很有幫助。所以我想趁今次黑洞照片被傳媒廣泛報道的時候,向讀者介紹一下天文常識,希望能引起讀者對這方面的興趣。

 

我年輕的時候,一直以為黑洞是不能被看見的物體。因為黑洞匯聚的質量太大,其所產生的重力(即萬有引力,俗稱地心吸力),大到足以令光線也沒法逃避,所以走近黑洞某一個距離的物質(包括光線)都會被吸進去。人要看到東西,是靠光線射到東西上所產生的反射;當人的眼睛接收到這些反射之後,人的神經系統才能藉這些反射的刺激,產生事物的外觀形象。黑洞不能反射光線,人當然看不到,亦沒法為黑洞拍攝到照片。

 

當初,科學家是透過黑洞附近的星體的異動,去推測黑洞的存在的。天體都有他們移動的軌跡。如果天體的移動偏離了它應有的軌跡,科學家就可以推論,它必然是受到某個強大的引力場影響。但科學家又沒法在鄰近找到一個可以產生如此強大引力的星體,所以認為附近必然存在著一個質量很大,但人類看不見的星體。而這個星體就是用愛恩斯坦廣義相對論已可以預視到的黑洞。沒想到隨著科學的進步,人類已經可以為黑洞拍照。

 

我看見很多報章在報道這段新聞時,很多描述都不正確。譬如說,照片揭露了黑洞的廬山真面目,證明愛恩斯坦在一個世紀前的猜想沒有錯。現實是照片根本拍不到黑洞的廬山真面目──黑洞自身的內部運動情況,它只是拍到黑洞的外圍情況,以顯示黑洞位置與外形。另一方面,愛恩斯坦的相對論早已得到證實,而科學家亦早已知道多個黑洞的具體存在,不用依靠今次照片也可以證實他們的存在。科學家只不過想透過普通人也可以看得到的照片,令黑洞形象化吧了。其實類似的電腦合成照片,科學家早已發放過,今次特別的地方,是動用了全球八座天文望遠鏡,花了十年時間收集數據,才去蕪存菁,把照片顯現出來的。當中一定有很多新的有價值的發現。只不過,今次透過傳媒公布的除了照片之外,其餘的大部分都是天文愛好者早已知悉的訊息。

 

今次照片向世人展示的是黑洞的事件視界(Event Horizon)。我嘗試用普通人可以明白的文字加以解釋一下。所謂事件視界,其實就是黑洞的周邊界線。黑洞的重力場有影響範圍,離得愈遠,影響力就愈小;愈接近中心,重力就愈大。於是在黑洞的引力半徑上就會出現一個臨界點,向內過了這一點,物質與光線都沒法逃逸,成了黑洞的一部分。在物質與光線被吞噬的一刻,時間與空間都會被扭曲,產生高溫與輻射,在黑洞的周圍形成了一個光環,成了照片可以看到的部分。而光環與黑洞的臨界,就是事件視界。我們看到的光環是黑洞的外圍系統的組成部分,還可以在視界之內,所以可以拍照。

(轉載自am730C觀點2019416)

 

 

 

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施永青