黑洞是宇宙中最致密
也最神奇的天体
经过漫长的等待，在全球200多位科学家的努力之下，世界上第一张黑洞照片终于出来啦。
发布会中，公布的照片长这样下面这样，圆圆的，红红的，好像还有点糊。
来源：超级数学建模
发布会公布黑洞照片
这张照片要怎么看呢？让超模君带你去看一下。
知识点一：黑洞本体看不见
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知识点二：周边的红色是经过处理的
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知识点三：光圈是非对称的
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知识点四：这张照片是拼凑出来的
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最后，最重要的是，爱因斯坦百年前（1915年）提出的广义相对论，通过这次照片证明，它是对的！
假如你想知道更多关于黑洞的知识，可以点击下图，查看昨天超模的首图文。
今天，作为人类史上第一张黑洞照片出炉，它的历史意义毋庸置疑是要出现在以后的教科书里的。
为了纪念这个历史时刻，相比于科普知识，超模君更想带你去再次了解一遍人类在发现黑洞过程，那个漫长而曲折的故事。
最早的黑洞概念
虽然黑洞这个名词是20世纪才提出，但是早在18世纪末，英国物理学家约翰·米歇尔和法国数学家拉普拉斯就曾预言过这种神秘天体的存在。
1783年，米歇尔在英国皇家学会做了一场报告，他提出了一个观点：有可能存在一种引力强到连光也无法从其周围逃逸的天体，也就是所谓的“暗星”。
无独有偶，1796年，数学家拉普拉斯所撰写的《宇宙体系论》中也指出了存在暗星的可能性。
拉普拉斯
那米歇尔与拉普拉斯所说的暗星是个什么概念呢？让我们从一个简单的思想实验说起。
如果你站着一座高楼的楼顶，沿水平方向扔出一块石头；过一段时间后，这块石头就会落回地面。然后，你越发用力地扔石头。随着这块石头的初速度不断增大，它落回地面的时间也会越来越晚。如果你给这块石头的初速度超过了7.9km/s，它就不会再落地了，而会像地球卫星一样绕着地球旋转。这还没有完，因为你还可以继续提高石头的初速度。如果这个初速度超过了11.2km/s，它就可以挣脱地球引力的束缚并离地球而去。这个能挣脱地球引力束缚的速度，就是地球表面的逃逸速度。
一个天体表面的逃逸速度，只取决于这个天体的质量和半径。如果天体的半径固定不变，其表面的逃逸速度会随着天体质量的增大而增大；反之，如果天体的质量固定不变，其表面的逃逸速度会随着天体半径的减小而增大。
也正是这个非常简单的逃逸速度，催生了暗星的概念。可惜这个暗星理论提出没多久，就遭到了当头一棒。
要解释暗星理论遭遇了怎样的打击，我们需要先介绍一个困扰人类好几百年的超级难题：光到底是什么东西？
光是什么？
关于光的本性，史上曾经出现过两大学派：其中一派是以牛顿为代表的粒子说，认为光由某种坚硬的粒子构成；另一派是以惠更斯为代表的波动说，认为光是某种介质的波动。
但由于牛顿的巨大威望，在整个17世纪中，光的粒子说占据了上风。也正是基于光的粒子说，米歇尔和拉普拉斯才把逃逸速度和光速联系在一起，进而提出了暗星理论。
但19世纪初，英国著名物理学家托马斯·杨做了一个实验，把原本高高在上的粒子说打入了万丈深渊。
托马斯·杨
这就是著名的杨氏双缝实验。
让一束光，从左到右先通过一个有一条狭缝的挡板S1，再通过一个有两条狭缝的挡板S2，最后照到一个接受屏F上。从理论上讲，如果光真由粒子构成，由于中间那两条狭缝的遮挡，右边的接受屏上将只会出现两条狭缝形状的亮线。
不过在实际做实验的时候，托马斯·杨发现在被挡板遮住的区域内，同样出现了很多明暗相间的条纹。
换句话说，光并非一直走直线，而在行进的过程中发生了拐弯。这就不是粒子能做到的事了，必须是波才可以。换言之，杨氏双缝实验发现了一个只能用波动说、而不能用粒子说来解释的现象。
这对暗星理论而言也是一个大噩耗。因为引力只能作用在光粒子上，而无法作用于光波。
既然理论不能成立，拉普拉斯也在1808年，他对《宇宙体系论》进行了再版，并且删掉了所有关于暗星的内容。
暗星理论重出江湖
从那以后，暗星理论早已被人遗忘在历史的垃圾堆。
但在20世纪初，故事又发生了反转。
当时德国物理学家普朗克和爱因斯坦发现，同样存在必须用粒子说、而不能用波动说解释的现象。
也就是光其实既是一种粒子，又是一种波，这就是所谓的波粒二象性。
1915年12月，一位叫卡尔·史瓦西的天文学家注意到《德国科学院院刊》上的一篇文章提出了一个全新的理论，那就是爱因斯坦的广义相对论。
卡尔·史瓦西
广义相对论有一个最核心的方程，叫爱因斯坦引力场方程，而且此方程非常复杂。爱因斯坦本人也无法找到它的精确解……
史瓦西一下子就对这个公式感了兴趣。只花了几天的时间，就快刀斩乱麻地找到了爱因斯坦引力场方程的一个精确解，那就是著名的史瓦西解。
史瓦西解描述了一个有质量、无转动、无电荷的球对称天体，其周围的时空具有怎样的几何特征。
基于这个史瓦西解，史瓦西又发现了一件意义重大的事情。如果一个质量为M的球形天体，收缩到一个特定的范围以内，光就无法再从它的表面逃逸。
换句话说，如果一个球形天体的半径小于一个特定的数值，它就会变成一个连光也跑不出去的太空监狱。
这个特定的数值就是所谓的史瓦西半径，其大小为R=2GM/c^2。
其中牛顿引力常数G=6.674×10^{-11} N·kg^{-2}·m^2，而光速c=2.998×10^{8}·m/s。
如果把太阳的质量（即1.989×10^{30}kg）带入此公式，可以算出太阳的史瓦西半径约为2954米；如果把地球的质量（即5.972×10^{24}kg）带入此公式，可以算出地球的史瓦西半径约为8.869毫米。
也就是说，如果太阳的半径缩小到2954米，或者地球的半径缩小到8.869毫米，就会变成连光都能囚禁的恐怖监狱。
史瓦西的发现让沉寂了100多年的暗星理论得以复活。一个天体要是坍缩到史瓦西半径以内，就会变成一颗永远也看不到的暗星。
但是爱因斯坦和爱丁顿坚决反对这样的可能性。
他们认为，史瓦西解只是一场纯粹的数学游戏；在真实的物理世界中，根本不存在半径小于史瓦西半径的天体。
按照爱丁顿的说法，一定存在某种机制，阻止天体塌缩到史瓦西半径以内。
由于爱因斯坦和爱丁顿的巨大威望，很长一段时间，这种看法都是天文学界的主流。
黑洞名字的由来
前面我们有说到，米歇尔和拉普拉斯管这种太空监狱叫“暗星”。
到了20世纪中叶，天文学界则称它为“引力完全塌缩天体”。
但许多人认为，这两个名字都不够理想：前者不够清晰，而后者又过于拗口。
在1967年底的一次学术会议上，来自是美国著名物理学家约翰·惠勒首次把这种连光都逃不出去的太空监狱称为“黑洞”。
约翰·惠勒
这个名字，很快就以它的简洁和神秘，得到了世界各国天文学家的认可。
但法国天文界却死活也不同意，因为他们觉得黑洞这个名字过于色情。
有了名字以后，黑洞的研究变得越来越热门，最终成为了天文学最大的热点之一。
人们利用理论物理的工具，对黑洞进行了大量的研究，而这些研究后来又极大地促进了理论物理的发展，于是才有了今天发布的人类史上第一张黑洞照片。
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