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黑洞之旅_(德)海诺·法尔克,(德)约尔格·罗梅尔著;闫文驰译(黑洞投下阴影) 第(2/4)页

不知为何,我关于看到黑洞的可能性的好消息仍然不够吸引人。我们需要多做些什么。人们喜欢看到描绘自己无法想象的东西的图画,这样他们就可以大致了解这个东西应该有的形态。到现在为止,我只展示过方程式、图表和一张黑洞示意图。现在正是给人们看看模拟出来的照片,让他们知道我们将要看到什么东西的时候了。这就需要计算黑洞周围光线的偏转,并证明如果它的周围环绕着透明的发光薄雾(也就是纳拉扬的吸积盘模型或我们的喷流模型假设的情形),它会是什么样子。

几个月后,我收到了德国研究基金会(DFG)的资助,让我在1999年的几个月休假期间作为客座教授去亚利桑那州。我们最小的儿子刚刚出生,我妻子用上了产假。带着三个年幼的孩子,雅娜、卢卡斯和尼克拉斯,以及我们托运的八个行李中的一个,我们到达了图森。人要是过上几天什么都没有的日子,就会为生活中最微小的事情感到高兴——孩子们尤其如此。

接待我的人帮我与埃里克·阿戈尔(EricAgol)取得了联系。他当时在巴尔的摩,是约翰斯·霍普金斯大学的博士后研究员。他写了一个计算机程序,可以优雅地计算广义相对论中的光的偏转——比我自己硕士论文中的程序更好。我们一起计算了黑洞在各种情况下会是什么样子,以及是否可以用VLBI看到它。我们焦急地等待着结果。而实际上:在我们的每一个模型中,我们都看到了一个明亮的环和中间的一个大小始终相同的黑点。

引人注目的光环来自各个方向。这是黑洞的特殊属性造成的:由于空间的弯曲,光在靠近黑洞的地方飞行的轨道几乎是一个封闭的圆圈。这一现象可以在以正好的距离瞄准它时看到。这种封闭的光路被称为光子轨道[144],因为光子就像行星围绕着太阳运行一样绕转,不同仅在于光的轨道离黑洞的距离是精确定义的。对于不旋转的黑洞,光子轨道距离质心的距离是事件视界的1.5倍——但由于引力透镜效应,它在我们看来比视界的2.5倍还多。

如果一个灯泡正好挂在黑洞上方的光子轨道上,它的一半光线会落入黑洞,另一半则会逃逸。还有极少一小部分光线是平行于事件视界发出的,它们会绕圈飞行。当灯泡接近事件视界时,更多的灯泡光线被吞噬,更少的光线挣脱黑洞魔爪。此外,灯泡光线被拉长,发生红移,并失去能量。在事件视界,来自灯泡的光就完全消失了。可以说,光子轨道和事件视界之间的空间是黑洞的黄昏地带,落入其中的一切都迅速变得黑暗。

在光子轨道附近,光可以沿着非常疯狂的轨迹飞行。小时候,我有时会和朋友一起用纸板筒和透镜做一个“超级秘密间谍筒”,在角落里偷看。黑洞是最高级的“超级秘密间谍筒”,因为它可以同时在各个方向偷看许多角落!对于黑洞,你不仅要多角度思考它,还要以各种角度观看它!

如果我们有像超人一样的激光眼,激光束的路径会让我们知道我们在看什么。例如,如果我们看向黑洞的左侧,视线激光束就会转到右边,并且消失在拐角。如果我们稍微再向右瞄准一丁点,光线就会弯曲得更厉害并向着我们飞回来,我们因此看到黑洞前面的东西。要是瞄准更往右的地方,光线会先移动一圈,然后我们将直接看向黑洞中心。如果我们向黑洞的右侧看过去,实际看到的是黑洞的左边、后面、右边的东西。如果我们看的是黑洞的上方,光线就会向下弯曲,我们就会看到黑洞上面、后面、下面的一切。光线可以围绕黑洞在光子轨道附近飞行四分之一、一半甚至一整圈——有时它的飞行轨迹甚至是许多紧密的、螺旋式的近圆[145]。

如果我们偷看黑洞的距离太近,视线就会在事件视界处结束,我们就会看到一片黑暗。黑洞的真实性质简直就是“黑暗”一词本身,明亮的光只在它周围的区域闪耀。


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