吴庆文：遥望黑洞，一场与璀璨银河的浪漫约会 | 讲坛
周三，全人类首张黑洞照片由“事件视界望远镜”（EHT）项目正式发布，“黑洞”的真容首次呈现在世人眼前。4月12日晚7时，作为EHT项目中国团队的16位科学家之一，物理学院教授吴庆文在大学生活动中心以 “解读人类首张黑洞照片”为主题，为听众带来了一场关于宇宙、关于未来的科普报告。
5600万光年之外的“光束”穿越而来，爱因斯坦的百年预言再次获证，黑洞从未如此真实。讲座前1小时，报告厅内便座无虚席。讲座进行同时，超过30万网友收看了此次报告的线上直播。
讲座伊始，吴庆文教授追根溯源，为听众解释“黑洞”的缘起。“黑洞一词源于‘暗星’的概念，即一种光子也无法逃脱其引力的恒星”，人之所以能够看到东西，是因为有光子进入人的眼睛，当光子被恒星引力束缚、难以逃逸时，便无法被我们所观测。但是随着理论的发展与实验的论证，“暗星”的假设逐渐被淘汰。
“解释现象并不是物理学家的终极追求，预测与验证预测才是我们的目标”，吴教授谈道，牛顿发现的万有引力定律在解释‘水星进动’等问题上存在的缺陷，爱因斯坦广义相对论的提出弥补了先前物理学理论的不足，还建立起引力与时空几何的关联，拓展了人类探索的边界。
1915年12月，在数学家好友的帮助下，爱因斯坦建立了广义相对论方程。根据该方程，德国天文学家史瓦西给出了精确解，同时指出精确解中存在的奇点以及其带来的无底洞效应。此后，有数位物理学家对该理论进行论证。最终，美国物理学家惠勒于上世纪50年代提出了“黑洞”一词，取代“引力完全塌缩星球”的称呼。
千百年来，人类对星空的幻想是美妙而优雅的，而科学家们对宇宙奥秘的求索却是一场旷日持久的艰难征途。吴教授利用动图演示和形象的比喻，生动地解释了时空的扭曲和黑洞间的引力作用，继而引入对黑洞照片的“诞生”的讲解。
拍摄黑洞照片的初衷是直接获取黑洞图像来验证黑洞的存在，进一步证实广义相对论的正确性。而建造拍摄黑洞的相机需要超高的角分辨率，角分辨率越高，拍摄到的图像便越精细。高的角分辨率要求望远镜观测波长短、口径大，于是研究者们将世界各处毫米波段的望远镜组合起来，形成一个口径达地球大小的望远镜——事件视界望远镜（EHT），“这就好比把一面镜子打碎了分散到世界各地”。
在解决了一系列技术难题后，2017年4月，EHT分别对银河系中心的黑洞和M87星系中心的黑洞做了2次和5次观测，向着人类认知的边界按下快门。
拍摄完成后，EHT项目便对海量数据的整合和分析问题。吴教授提到，每天各处望远镜的观测数据及其庞大，“都是万TB单位的，没办法通过网络传输”，只能通过硬盘存储，再邮寄到超级计算机处进行运算分析。为确保验证的可靠性，研究人员分为三个大组进行独立冲洗，最后比较得到的图像是否一致。
历经浩大的工作量，黑洞的神秘面纱终被揭开。照片公布后，很多人询问吴教授作为亲历者看到照片时的心情，他笑称自己 “已经看了两年了，没感觉了”。此次公布的黑洞照片中，图像的形状、亮度的不对称几乎完美地符合了爱因斯坦当初的预测，“黑洞照片对我来说是美的，它的美感来自于物理理论的层面”。
对广义相对论的验证具有极其重大的意义，除了帮助人类对宇宙的更深层次的探索，也对我们的日常生活产生影响。在观众提问环节，面对同学们的疑惑，吴教授举例：“GPS就依赖广义相对论的技术，如果不考虑广义相对论效应，开车时也可能被导航带到河里去。”
在这场与浩瀚星空的浪漫约会中，现场观众反应热烈，问答环节持续近1小时
人类对未知的探索不会停止，中国科学家们对黑洞的探测也在全方位开展。吴庆文教授介绍，2014年3月，华中科技大学罗俊院士提出“天琴计划”，该项目有望将成为更强大的黑洞捕手。“天琴计划”计划于2030至2035年间在10万公里高度的地球轨道上部署三颗饶卫星，组成17万公里等边三角形，观测双大黑洞合并产生的引力波，将有机会使人们理解早期种子黑洞和黑洞的增长历史，并探索星系演化等重大天文与物理学问题。
文字｜王佩琦 陈姿兵
图片｜焦孟雷
排版｜杨沛瑾
责编｜陈姿兵
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