很久以前，你对黑洞的认识可能是这样：

如果你看过《星际迷航》，你脑海中的黑洞应该会变成这样：

但是，在昨天晚上，你对黑洞的认识一定是这样的：

如果好几个黑洞离的很近：那一定是这样的

在北京时间4月10日21点，EHT在华盛顿、布鲁塞尔、圣地亚哥、上海、台北、日本同时公布了人类有史以来第一张黑洞的照片。

关于本次事件本身已经有很多平台做出了相关的内容，本文就不再做过多的赘述。

本文将会为大家介绍：黑洞照片的意义、什么是黑洞和广义相对论浅说。

黑洞转动产生的多普勒效应

一、首张黑洞照片的意义

这次事件的意义，简单地说就是：爱因斯坦的预言又双叒对了！

由EHT发布的图像，图像提供了黑洞存在的直接证据，许多特征与爱因斯坦广义相对论的预言完全一致。这一次是在极端情况一下又一次验证了广义相对论。

对于普通人来说，知道爱因斯坦大神还是大神就可以了。

对于有点追求的朋友，且看下文：

上海天文台，左文文：

在说意义之前，一定要知道，这次的照片并不是直接照到了黑洞。而对于黑洞阴影的成像。

1.黑洞是具有强引力的，给黑洞拍照的最主要的意义就是在强引力场下验证广义相对论，检验观测结果和理论预言是否一致。

2.有助于理解黑洞是如何“吃”东西的。黑洞的“暗影”区域非常靠近黑洞吞噬物质形成的吸积盘的极内部区域，这里的信息非常关键。结合过往的研究数据，可以更好地重构这个物理过程。

3.有助于理解黑洞喷流产生和方向。

国家天文台，苟利军：

科学家可以通过黑洞阴影的尺寸，来计算黑洞的质量了。

黑洞质量计算方法

简单的介绍了一下本次事件的意义后，我们来一起学习一下什么是黑洞。

二、什么是黑洞

100年前的1919年，爱丁顿远征西非观测日全食，验证了爱因斯坦的预言：质量可以令时空弯曲。

52年的1967年，惠勒第一次提出“黑洞”一词，用来指代极端致密、令时空无限弯曲的天体。

1.复习一下万有引力

关于黑洞，要从牛顿老爵爷说起。不管是不是因为被苹果砸了，总之他发现了万有引力。

创立了让很多高中生都头疼的经典力学，让大学生头疼的微积分。

万有引力，解释了为什么地球上每一个人都觉得自己头朝上脚朝下。也解释了月亮为什么不会掉下来。

但这个引力并不是很大，我们只要用力一跳，就能短暂的离开地面。起跳的初速度越多，我们就能蹦的越高。

当年牛顿就算出来，如果我们起跳的速度达到7.9km/s，我们就永远不会掉回地球了，永远绕着地球公转。这个速度也被称为第一宇宙速度，又称环绕速度。

从上图可以看出：星球的质量越大，环绕速度越大；而体积越大，环绕速度越小。例如太阳的环绕速度为：220km/s。

2.对黑洞的朴素认识

在200年前，有一位叫拉普拉斯的天体物理学家。

他有一天突发奇想：

如果一个天体的环绕速度等于光速，那不是连光都无法从这个天体逃逸出来了，那这个天体不就是全黑的了吗？

他根据牛顿的万有引力公式，还计算出如果太阳的半径缩小到3km，就会实现这个效果。

拉普拉斯（1749-1827）

但因为当时在光学领域，人们还没认识到光具有波粒二相性，还是波派和粒派互争高下的时代。

而且那个时候，正是波派占上风的时候，既然光是波，那就不会被引力吸引。

就这样拉普拉斯认为自己是在胡思乱想，只是在做一种纯粹的数学机选罢了，就没有继续深究下去。

虽然，拉普拉斯错过了第一个提出黑洞的荣誉，但他的这个思维为我们提供了一个理解黑洞的简单方法。

好，对于普通人来说，到这里就可以了。下面我们再来看点高级的。

3.认识黑洞

光阴如梭，在拉普拉斯的100年后的1915年，爱因斯坦大神把人类对宇宙的认识推进到了一个远超牛顿的境界。

大神告诉我们，光既是”波“又是”粒“。他还说：”万有引力只是时空弯曲的一种表面形式罢了，它在只是对时空弯曲的一个近似公式。“（在本文的第三个部分会详细讲述）

在太阳被压缩到3mk，那“万有引力公式”就不适用了。要真正把时间、空间、运动、引力这些东西说清楚，把那就必须用到”爱因斯坦场方程“（自行百度。

在一战期间，有一位德国的炮兵上尉-史瓦西（1873-1916），当物理学家们还在质疑爱因斯坦的时候，他已经开始默默计算了。

他花了很长时间，终于找到了一个”爱因斯坦场方程“的特殊解。这与拉普拉斯在100年前的计算有着惊人相似的结论。

当太阳被压缩到3km，太阳中心点的时空就会被弯曲到无穷大，就好像时间和空间在这里打了个结，没有任何东西可以从这里逃逸出来，连光也不例外。

并不是光速小于”环绕速度“，而是光一但进入就再也找不到”出口“，因为时空被弯曲成了一个深深的”洞“。

后来科学家把这个成为”黑洞“。”黑洞“并不是洞，它也有质量，使用特殊的天体。

其实当把太阳压缩到3km时，就再也没有什么可以继续阻止它自行压缩，只留下一个黑黑的外壳。

我们现在只知道，物质会一直这样压缩下去永远也停不下来。

如果你非要问我最后会怎么样？我只能回答你，会形成”奇点“。

上面从”运动“的角度简单地讲述了一下黑洞。为了更好的解释黑洞，我们再来聊聊”广义相对论“。

三、广义相对论浅说

因为本文没有介绍”狭义相对论“，所以我们只来聊聊”广义相对论“里和时空相关的内容。

委婉地说：”广义相对论是一种新的理论，诠释了”引力“是咋回事。

直白地说：“广义相对论，说明了“引力”这东西压根不存在。

牛顿的观点：“一切物体之间，都有引力。物体物质越大，引力就越大；两个物体距离越远，引力越小。”

苹果掉到地上，就是受到了地球的引力。地球绕着太阳转，就是受到了太阳的引力。

但是，广义相对论认为，有质量的物质，弯曲了“时空”。这种“弯曲”，影响了其他物体的运行，造成了似乎有引力的样子。

地球，弯曲了地球周围的时空，所以苹果沿着这一时空运动，就掉了下来。太阳，弯曲了它周围的时空，地球就这一时空运动，就绕着太阳转。

美国物理学家惠勒：“物质决定空间如何弯曲，空间决定物质如何运动。”

怎么去理解呢？

时空就像是一个软软的大蹦床。因为小球，蹦床发生形变；因为蹦床发生形变，小球运动。

那如何解释地球绕着太阳转？

就像上图那样，因为太阳的存在，周围的时空发生了剧烈弯曲，形成了一个像漏斗一样的空间。对于地球来说，它的运行轨迹相当于是一个圆环。

就是说，虽然地球一直在按照直线最短的原则运行，但是在弯曲的空间里看上去就像是在做圆周运动。

肯定还会有人会问，那为什么地球不会沿着斜面往下滑？

简单地说，是因为宇宙一直处于膨胀之中，膨胀的速度与太阳和地球接近的速度刚好抵消。

最后一个问题：为什么地球会动？

你问我？我只能说：“去问上帝吧。

”

因为黑洞的质量非常大，而体积又非常小，导致它周围的时空没弯曲的及其激烈，就像上图一样。

根据广义相对论的理论，其实物体在接近黑洞时，并不是被黑洞吸进去的。而是掉入及其复杂扭曲的时空中再也出不来了。

严格意义上说“万有引力”确实只是一种近似描述的理论，只不过在我我们一般接触的范围内，牛顿力学就已经够用，够精确了。

关于宇宙万物规律到底是什么，就让我们期待在有生之年可以看到“统一场理论”的完善吧。

最后，我们用研究了一生“黑洞”的霍金的话来结束这次分享：

“当爱因斯坦说到“上帝不掷骰子”的时候，他错了。鉴于黑洞给予我们的暗示，上帝不仅掷骰子，而且往往将骰子掷到我们看不见的地方以迷惑我们。--《时间简史》”

后记：

本篇文章因为时间的原因，很多地方表述的不够严谨，如果有任何错误，欢迎在留言区指正。

因为这次黑洞照片，小编昨天又翻开了很多年前的科普书。感觉二十世纪初有很多精彩的科学故事。以后有机会，小编会继续做继续为大家制作科普内容。

转发这个文章锦鲤，2019年就会像爱因斯坦一样聪明