黑洞之旅
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序语:我们真的看到它们了

突然间,欧盟委员会布鲁塞尔总部的大型新闻发布厅里一片漆黑,而我们期盼已久的那一刻终于到来。我们为这一刻殚精竭虑,辛苦了多少年!此刻,2019年4月10日星期三下午三点零六分二十秒。再过四十秒,世界各地的人们都将有史以来第一次为一张巨型黑洞的照片而惊叹。这个黑洞距离地球5500万光年,位于梅西叶87号星系(简称M87)。长久以来,黑洞深不可望的黑暗似乎将永远隐藏在我们的视线之外,但今天,这黑暗世界的真相将大白于天下。

新闻发布会开始了,但多数人对于即将发生的事情还没有半点概念。这一张小小的黑洞图像,背后凝聚的是无数人的贡献:千年来人类探索知识极限的旅程、关于时间和空间的革命性理论、最新的现代技术手段、年轻一代射电天文学家的心血,还有我自己作为科学家的全部人生。此刻,天文学家和其他领域的科学家,以及记者和政治人物们都目不转睛,盯着我们在布鲁塞尔现场和其他国家主要城市即将同时公布的内容。后来我才知道,那时全世界有几百万观众在屏幕前,而之后的短短几小时内,有近40亿人看到了我们的图片。

大厅的前排坐的是一些杰出的同事和年轻的学生,其中很多是我自己的学生。这些年来,我们深入合作,每个人都竭尽全力,完成的工作超过了我们自己能够想象的极限。其中许多人深入地球上最为偏僻的角落,有时甚至要冒生命危险。一切都是为了同一个目标。今天展示的便是我们工作的结晶,我们的成果将成为世界瞩目的中心,而大多数成员都坐在暗处。在此一刻,我希望感谢所有这些同事们,假如缺少他们中任何一个人的帮助和支持,这项科学突破都不可能成为现实。

时间流逝。我感觉自己好像在隧道里,仿佛风从赛车手身边刮过一般,各种印象飞也似的从我身边掠过。在场的记者紧张而警惕,我也开始紧张起来。每一双眼睛都满怀期待,每个人都在盯着我。我的心跳在加速。

在我之前发言的是欧盟研究专员卡洛斯·莫埃达斯(Carlos Moedas)。我们嘱咐过他“不要说得太久”。结果,莫埃达斯的讲话挑起了听众的好奇心,却结束得太早了。我得临时编些话填补空白时间,还得掩饰自己有多么紧张。

图片将在全世界同时揭晓。欧洲中部时间下午三点零七分,这张前所未有的图片将准时出现在这间大厅巨大的显示屏上。与此同时,我们在美国华盛顿、日本东京、智利圣地亚哥、中国上海和中国台北的同事们也将在他们那里展示同一张黑洞图像,加以评论,并且回答记者的问题。各大洲的计算机服务器已设定好程序,准时将科学论文和新闻稿发往世界的每一个角落。时间无声地流过。我们事先已经协调和计划好了一切。一切都将以最高的精度完成,最微小的偏差都将破坏同步,这与我们收集观测数据时的情形没什么两样。可现在,我却临阵怯场了。

我开始了简短的自我介绍。身后的视频越来越快、越来越深入地放大显示一个大型星系的中心。但一张嘴我就闹了个笑话,把光年和千米搞混了。可是现在,没时间去无地自容了,我必须继续。

屏幕上跳动的数字显示下午三点零七分整。在宇宙空间无尽的黑暗中,从梅西叶87星系的中心,一个闪着光的红色环圈出现了。它的轮廓依稀可见,停留在屏幕上,略显模糊。环圈闪着光,深深吸引着每一个观众并使他们沉思。这幅人们认为不可能被记录的图像,通过无线电波穿越了50000亿亿千米的旅程,终于找到了我们。

超大质量黑洞(supermassive black hole)[5]是宇宙空间中的墓场。它们是由衰老、燃烧殆尽的死恒星组成的。但宇宙空间也为这些黑洞提供养料,用巨大的气体云,以及行星和恒星哺育它们。凭借其巨大的质量,它们将周围的空间扭曲到极致,并似乎可以停止时间的流动。任何离黑洞近到一定程度的东西都无法逃脱黑洞的魔爪,即使是光线也不例外。

但是,既然没有任何来自黑洞内部的光能够射向我们,人怎么可能看到黑洞呢?我们如何知道,将65亿个太阳那么多的质量压缩为一个小点,并最终形成的超大质量天体,就是这个黑洞呢?不管怎么说,那条发光的圆环围绕的是一个至黑至暗的中心,没有任何光和信息能够从中逃离。

“这是世界上第一张黑洞照片。”当黑洞终于在屏幕上闪耀登场时[6],我说。房间内掌声自发响起。过去几年,所有的压力都累积在我的肩头,现在我自由了,不必再保守秘密了。一个宇宙级的神秘造物终于拥有了普通人能够看到的形态和颜色[7]

第二天,报纸上会说,我们改写了科学的历史。他们还会说,我们给人类带来了一段共享喜悦与惊奇的时光。那些超大质量黑洞并不是疯狂的科幻小说家们编造的幻想。它们确确实实是存在的!

倘若不是全世界各地的参与者克服重重困难和彼此间的分歧,年复一年地为同一个愿景努力,这张图片是绝无可能成为现实的。我们中的每一个人都视黑洞为物理学最大的奥秘之一,对它穷追不舍。这张图片是我们触碰求知极限的见证。虽然听起来有些不可思议,但人类的测量和研究能力止步于黑洞的边缘。能否在有朝一日超越这个界限,这是个大问题。

物理学和天文学开启了新的篇章,但发现的源头是几代之前的科学家。二十年前,捕捉一张黑洞的照片这样的想法还无异于痴人说梦。那时候还年轻的我立志捕猎黑洞,跌跌撞撞地踏上了奇异旅程。直到如今,我依然为黑洞深深着迷。

年轻时的我对于这项事业的激动人心之处一无所知,也不晓得它会如何决定并改变我的人生轨迹。我后知后觉地明白过来——它最终变成了追逐时间与空间尽头的探险,又变成了进入千百万人心灵的旅行。世界帮助我们捕捉到了这幅图像。此时此刻,我们将它与世界分享,而世界全心全意欢迎它的热情甚至远超我的想象。

对于我个人来说,这一切都始于约五十年前,我还是个小男孩的时候,第一次看到了夜空。那时,我就做起了关于天空的梦,做起了只有孩子才能做的梦。天文学是最古老也最迷人的科学分支之一,即使在今天,它仍能给我们带来引人注目的新见解。从天文学的起源到当下,科学家在好奇心和必要性的驱使下,不断有新发现,从根本上改变我们对世界的看法。从古至今,我们不断用我们的头脑,用数学和物理学,用更加精密的望远镜来探索宇宙。而现在,我们装备了最先进的技术,踏上了远征的旅程,前往地球每一个角落,甚至到太空研究的未知世界。在深不可测的外太空,在无穷无尽的宇宙中,在神圣而秩序井然的万事万物中,知识与神话、信仰与迷信总是如此紧密地交织在一起,以至于今天,没有一个人可以望着夜空而不自问,在这黑暗的广阔天地中,还有什么在等待着我们?


[5]超大质量黑洞是质量在数十万到数十亿倍太阳质量之间的黑洞。超过100亿倍太阳质量的黑洞则称为特大质量黑洞(ultramassive black hole)。——译者注

[6]在布鲁塞尔举行的欧盟新闻发布会现场直播:https://youtu.be/Dr20f19czeE。欧洲南方天文台(ESO)新闻稿:https://www.eso.org/public/germany/news/eso1907。黑洞的放大视频:https://www.eso.org/public/germany/videos/eso1907c。美国国家自然科学基金会(NSF)新闻发布会:https://www.youtube.com/watch?v=lnJi0Jy692w。

[7]见照片插页,彩插图1。