宇宙的终极宿命，会是彻底“黑化”吗？ | 理性派对第三季——科学讲坛
The following article is from 格致论道讲坛 Author 格致论道讲坛
黑洞是如何形成的？它会是宇宙演化的结局吗？科学家能在地球上造出黑洞吗？“慧眼”卫星又有哪些新发现？关于黑洞，你不知道、想知道的，都在这里！
（左）段玉龙
北京广播电视台主持人
（中）张双南
中国科学院高能物理研究所研究员，“慧眼”卫星首席科学家
（右）张帆
北京师范大学天文系副教授，引力波激光干涉实验室副主任
段玉龙：二位老师都是研究黑洞领域的，所以，我今天要问的第一个问题相当专业——二位老师都喜欢吃什么菜啊？
张双南：很多和我一起吃过饭的朋友都知道，我从来不点菜。因为我在外面不管点什么菜，都没有妈妈做的辣子鸡捞面条好，我就喜欢吃这个。
张帆：我喜欢吃珍珠丸子。我就喜欢吃黑的又看起来像是洞的东西。
段玉龙：我们评判一道菜都会用一些标准，最通俗的标准叫做色香味俱全。我们今天谈黑洞，就以这个大众标准，一起谈一谈“吃货的黑洞”。我们要解决第一个问题是——菜是由厨师或者妈妈做出来的，那黑洞到底是谁做出来的？它又是怎么做的呢？
黑洞“大餐”是怎么做出来的？
张帆：这分不同种类的黑洞。在我们现在已知的、能被观测到的范围中，有一种叫做太阳质量黑洞，它的质量大概为三到几十个太阳质量之间。
它的产生我们认为是比较了解的。几十个太阳质量的恒星死掉时，中间的铁核会发生坍缩，即核坍缩。核坍缩到一个程度时，会有一个新的强相互作用支撑住它，这时候外面还在掉的东西会被弹出，这就是超新星爆发。如果恒星质量特别大，爆炸就不会产生。因为就像“庐山升龙霸”，顶着瀑布往上打是非常难的。冲击波在往外走时，外面的东西还在往里掉，这些东西冲不出去就会被全塞回来，从而形成一个巨大的黑洞。
以银河系为背景的假想的据我们600千米外的10个太阳质量的黑洞的艺术想象图。黑洞的边界称为事件视界，任何光线都不可能从事件视界内部逃逸。来自：Ute Kraus (background Milky Way panorama: Axel Mellingerexternal link)
这是一种简单的黑洞形成情况。还有一种我们已经知道存在的黑洞叫做超大质量黑洞，它们处于星系的中心。
段玉龙：超大质量黑洞跟太阳质量黑洞比起来，到底“超大”到多少？这么大的黑洞又是怎么形成的呢？
张双南：超大质量黑洞至少有百万倍的太阳质量以上。超大质量黑洞的形成要比张帆所讲的太阳质量黑洞稍微复杂一点。它并不是生来就这么大的，而是通过后天吸收星系里的气体、恒星长大的。但这些黑洞是怎么长大的，现在还不是太清楚。
段玉龙：除了刚才二位老师所讲述的，黑洞的形成还有其他方式吗？
张帆：还有一种是现在大家正在找的中等质量黑洞。它属于几百到几千太阳质量的水平。
恒星的大小有一个限度，恒星如果太大，它自己发光就会把自己的外围吹走，所以它们的质量上限大概为几百个太阳质量。而恒星在爆炸时会丢掉很多东西，所以黑洞的质量又会远远小于原来的恒星。但在宇宙早期物质密度特别大的时候，如果密度的变化能达到10%的话，大概是可以产生一千个左右太阳质量的黑洞。这种情况下产生的中等质量黑洞叫做原初黑洞。
当然还有通过小黑洞碰撞，两个质量变四个质量这样慢慢长上去的形成情况。通过引力波已经观测到这种情况的产生。
张双南：中等质量的黑洞的形成还有另外一种可能性，即通过恒星团形成。恒星是由宇宙早期的气体形成的，且分布较不均匀，在某些地方数量会特别多。若一定空间内恒星过多，它们之间便会形成干扰，从而导致恒星团因不稳定而塌缩，最终形成中等质量的黑洞。
这也是中等质量恒星形成的一种可能性，但目前没有观察到过这种情况。人们只是通过在有些星团的中心发现过这样中等质量黑洞的证据，来推测这很有可能是由星团中心一堆恒星塌缩形成。
所以我们总结一下，制作黑洞“大餐”的厨师可能是恒星自己，也可能是一堆恒星，也可能是宇宙早期的特别大的恒星，还可能是暗物质。
另外还有一种可能性——宇宙大爆炸，宇宙大爆炸发生在宇宙早期，与我们今天谈到的黑洞之间联系非常紧密。宇宙大爆炸并不是稳定的、均匀的，在爆炸过程中由于量子力学的原理必须要有涨落。这种涨落导致每个地方的密度具有差异性，密度高的区域就可能形成量子黑洞，即宇宙早期的量子黑洞。
量子黑洞的意思是说它的性质类似于一个量子，它的密度极高，但质量较小，应该会产生霍金辐射。霍金辐射是霍金最伟大的科学成就，然而很遗憾，一直等到霍金去世，霍金辐射也没有被观测到。科学理论没有经过验证就不知道对错，但是我们认为霍金辐射是合理的，没有道理不对。
段玉龙：既然已经提到了霍金辐射，能不能跟大家说一说到底什么是霍金辐射？
张帆：大家可能有一个误解，认为黑洞是一个密度无穷大的点。实际上那个点叫奇点，并不是真正的黑洞。黑洞是一个边界，是奇点周围一块引力特别强、光进去了以后都逃不出来的范围。所谓黑洞的边界就是光正好出不来的这个地方。
在黑洞边界会有一个奇怪的现象。我们周围的任何地方都会由于量子的不确定性而产生一对粒子。在正常情况下，这个平白无故产生的东西并不是问题：量子力学只能给它一个很短时间的生存，这对粒子不能够长期存在。如果它们能长期存在，我们周围就会都乱套了，平白无故产生的无数粒子会把我们烧死。
但这对粒子如果在黑洞边界产生，里面的粒子出不来而外面的粒子跑掉了的话，它们就无法再合并消失。跑掉的粒子就叫做霍金辐射。
思想晚餐
已完成：20% //////////
整个宇宙都会变为黑洞吗？到那时会发生什么？
段玉龙：我们刚才说到黑洞有很多的类别，宇宙当中也有很多的黑洞。那假以时日，有没有可能小黑洞合为大黑洞、大黑洞变为更大的黑洞，到最后的最后，整个宇宙都变成了一个大黑洞？
张双南：这种可能是存在的，但更大的可能是，以后宇宙当中几乎所有的东西都会落到各个不同的黑洞里面去。
为什么不说它们整个变成一个黑洞呢？原因就在于我们宇宙是在膨胀的，这个膨胀的过程会导致星系之间的距离越来越远。所以未来不同的星系很难碰在一起，它们里面的黑洞也便很难碰在一起。但每个黑洞都可以在自己的星系里为所欲为，把这个星系里面的东西都给吃下去。但不一定就变成一个黑洞，也可以是多个黑洞。
现在每一个星系里都有很多黑洞。这些黑洞可能合并为一些大的黑洞，但更多的可能是它们会把这个星系里面物质全部吃净，仅剩下黑洞。如果到那一天，天文学家这个职业还有，但只剩下研究黑洞的天文学家了，就张帆和我，我们两个有用了。
张帆：到那个时候，彭罗斯的一个想法就特别有意思了。黑洞的熵是特别多的，熵增是一个时间轴。为什么宇宙的时间在增长，跟宇宙里越来越多恒星的形成、越来越多黑洞的形成是有关的，所以到最后熵增的结果就是一大堆的黑洞。
霍金辐射出来的主要是光子和中微子。如果中微子没有质量的话，相当于所有的东西都没有质量。没有质量以光速传播的东西是感觉不到时间的，那时候宇宙里就没有一个大小的尺度、没有规矩了，无穷大就可以变成无穷小。
这样，暗能量驱动的膨胀宇宙的最终结果就可以又变回无穷小，成为下一轮宇宙的起始大爆炸，而上一轮宇宙后期的膨胀也就代替了下一轮宇宙中所需的爆炸式增长——暴胀。这就是彭罗斯的CCC（Conformal Cyclic Cosmology，共形循环宇宙论）理论，特别有意思。
思想晚餐
已完成：30% //////////
黑洞到底长啥样？我们如何知道黑洞的存在？
段玉龙：您刚才提到很重要的一点——既然说光线没有办法从黑洞当中逃逸出来，那是不是就意味着我们无法通过天文望远镜用肉眼看到黑洞？既然如此，我们又是怎么知道这儿有一个黑洞，那儿没有黑洞？
张双南：肉眼肯定是无法看见黑洞的，但用天文望远镜可以。因为黑洞吸东西进去时，东西肯定不想掉进去，要挣扎。而要折腾就会释放能量，释放的能量就是光线。我们用天文望远镜看到的，就是这些不想掉到黑洞里面的物质在掉进黑洞之前的挣扎过程当中发出来的信号。
现在物理学家们又造出了引力波探测器。区别于天文望远镜的“看”，它实际上更像是个“听”的听诊器。它能听到两个黑洞在那“唱歌跳舞”的声音。
2015年，激光干涉引力波天文台（LIGO）首次直接“听到”来自两个黑洞绕转与并合产生的引力波信号。来源：LIGO
张帆：说它是“听”的原因，是因为它的波段是正好是我们声波的波段。两个黑洞在合并的过程之中会互相绕转，最后变成一个。黑洞会弯曲周围的时空，而如果弯曲时空的东西本身还在相互绕转的话，整个时空就会被它搅得向外传播。这种传播会导致距离的变化，而这种距离的变化会导致电磁力变化。这一系列物理效果可以被观测到，从而反推出两个黑洞的环绕方式，这和用电脑模拟出黑洞的情况是一模一样的，所以我们算是听到了黑洞。
段玉龙：刚才我们说到了黑洞的色，接下来我们再来看一看黑洞的形——黑洞到底是一个什么样的形状？
张双南：黑洞是宇宙当中最简单的东西——不仅仅是最简单的天体，而是最简单的东西，再也没有比它更简单的东西了。
黑洞就是个空间，我们从外面观测它的话，可以发现它顶多拥有两到三个性质。第一，它是有质量的；其次，它可能会绕转；最后，它可能带有电荷。它就顶多能干这些事了，所以特别简单。
然后说到黑洞的形状。如果说黑洞只有质量，它将只会是个胖乎乎的一个球。但如果黑洞能转动的话，那就像咱们地球转起来，赤道面就会稍微大一点，所以它就不完全是个球了。
张帆：旋转黑洞有一个外的事件视界，是光开始跑不掉的地方。它是有一点扁的。究竟有多扁，要取决于你用什么做坐标系，它里面还有一个内边界，中间的奇点变成了一个环，就不再是个点了。
段玉龙：下面是2019年让全球科学家们非常兴奋的一张图，是人类拍摄到的首张黑洞的照片，这张照片看起来像是一个甜甜圈？
在2019年获得的人类首张黑洞照片。该超大质量黑洞位于超巨椭圆星系M87中心，质量是太阳的65亿倍，距离我们5500万光年。来自：Event Horizon Telescope
张帆：咱们往远了说，在牛顿那个年代就有人说黑洞存在。因为大家都发现引力够强的时候，光也跑不掉。那个时候，光被认为是一个带质量的粒子，所以它能被引力吸回来。但是后来发现光是电磁波，没有质量，所以牛顿引力就对它不起作用，它就应该根本不理会黑洞，直接跑了。
后来爱因斯坦折腾一圈，又回来说黑洞弯曲了周围的时空。周围时空都弯曲了，那里面的直线也不是直线了，光又开始拐弯了。所以在黑洞的周围，实际上有一个地方光是正好在转圈的。你在图片里看到的“甜甜圈”，主要就是光在掉入黑洞之前最后挣扎的那个圈。
段玉龙：在2021年还有一张关于黑洞的照片，这张照片跟之前的那张比起来，有网友说好像是用了飘柔给它柔顺了一下，因为看起来像是有细细的发丝。这张照片又是怎么回事呢？
在2021年公布的偏振光下M87星系中心超大质量黑洞的照片。线条标记了偏振的方向，与黑洞周围的磁场有关。来自：Event Horizon Telescope
张双南：因为黑洞附近，除了有某些物质产生的辐射，也就是高温的等离子体，同时还含有磁场。如果没有磁场的话，这些物质在掉到黑洞之前挣扎的时候就能成功了，就的掉不进去了。但因为有磁场存在，它就会帮助黑洞把这些东西往黑洞周围拽，拽的结果可能是拽到黑洞里面去了，也可能是给扔出去了。
所以黑洞周围是有磁场的，我们看到的这些“发丝”实际上是黑洞周围磁场的结构。我们以前说黑洞周围有磁场只是说说而已，但现在是真的看到有这个结构了。
张帆：研究磁场有个特别重要的原因：我们之前说的超大质量黑洞，这个巨大的黑洞会向宇宙空间里喷射东西。它喷出的各种等离子体和气体物质，产生的结构有时远比星系要大得多。
黑洞喷射物质的方式就主要取决于磁场。很多人就此提出了不同的理论，但都跟磁场相关。你可以从黑洞喷射的东西推断出其周围的磁场是什么样的。所以图片里的东西对于研究理论、研究宇宙里面较为极端的这些东西是一个特别重要的信息。
段玉龙：也有网友问说，自己家里也有好几万块钱的照相机，也想拍个黑洞。您有没有办法能够教大家拍出来？
张双南：这是没有办法实现的。
段玉龙：啊，没有办法？那这张照片是怎么拍出来的？
张双南：这帮天文学家们是很疯狂的，他们造了一个和地球一样大的射电望远镜，比“天眼”还大得多。它实际上是将分布在全球的七八台射电望远镜通过计算机连起来了，就好像是一台望远镜在那里工作一样，这是在地球上能造出的最大望远镜了。
事件视界望远镜由位于世界各地的8处射电望远镜组合而成，其分辨率相当于直径1万千米的射电望远镜。数据合成耗时两年，特别是位于南极的射电望远镜的数据需要等待半年才能由飞机将硬盘运出来。来自：European Southern Observatory
张帆：它是用好多个望远镜组成了一个只填了一部分的、全是洞的大望远镜。实际上它是怎么做到高精度探测的呢？因为角度，某个方向过来的信号到达不同地域天文望远镜的时间是不一样的。天文望远镜之间的距离越长，对角度的变化越敏感。所以就是通过这个办法看到了黑洞周围的细节。
思想晚餐
已完成：50% //////////
黑洞的“味道”怎么样？
段玉龙：说完了外形，那假设我们在宇宙当中路过一个黑洞，到底能闻到什么味道？或者从黑洞当中会散发出什么样的东西？
张双南：我们把黑洞发出的光信号叫做“色”，这属于被我们“看”到的。我们还有“听”，中国菜里面也有这种说法，比如拔丝土豆和锅巴的“滋……”声。黑洞也有声音，它的声音就是引力波。那“味”就是我们闻到的跑到我们鼻子里面的各种分子了。
黑洞附近有喷流，它会将“吃”不进去的东西“吐”出来。黑洞的引力的范围很大，一开始它很贪婪，见啥吸啥。但吸到附近的时候又发现胃口不行，咽不下去，就从两头喷出来。这个扔出来的东西，如果大家说味道也是可以的。
它喷出的物质既有速度低的气体，也有速度非常高的气体，里面各种成分都有，甚至可能有能量非常高的宇宙射线。黑洞还是能在宇宙中干非常多事情的。
喷流即天体喷出的狭长、高速、定向物质流。图中为M87星系中心超大质量黑洞喷出的喷流，在宇宙中延续尺度达5000光年。来自：NASA and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
张帆：宇宙射线能到铁的原子核，所以硬要说的话，黑洞应该像是舔血的味道。
张双南：还有中微子，在南极的冰立方中微子探测器看到过。冰立方是非常有想象力的，在南极的冰盖里面探测中微子。有一天，它发现有一个中微子从某个黑洞的方向出来了。在天上的伽马射线望远镜也发现这个黑洞正好在活动，所以科学家就猜测这个被探测到的中微子是这个黑洞活动时产生的。
冰立方中微子天文台位于南极点冰盖上，主体是地下86个深孔内长度2千米有余的弦，每根弦最下方的1千米部分悬挂有60个光电倍增管。在2017年，冰立方中微子天文台发现一个能量极高的中微子，被认为来自超大质量黑洞的喷流。来自：IceCube Neutrino Observatory
段玉龙：黑洞会有什么样的味道，其实就是在说黑洞能释放出什么？
张双南：就是电磁波、引力波、中微子、高能量的宇宙射线，这就是黑洞所释放出的各种各样的东西。
张帆：你能直接看到那些东西当然更好，但是更普遍的办法是通过黑洞的引力看见。黑洞虽然“黑”，不能被肉眼直接看到，但如果你能看到恒星在绕着一个莫名其妙、什么都没有的地方转，而且转速特别快的话，这个时候就很有可能是黑洞。离我们最近的一个黑洞，就是通过看到有两个恒星绕着它转发现的。
在2020年，科学家通过两颗恒星的运动（蓝色），推测出了这个三体系统中存在着一颗黑洞（红色）。这个黑洞距离地球仅有1000光年，在晴朗的夜晚，甚至用肉眼就能看到围绕着黑洞的两颗恒星。来自：ESO/L. Calçada
思想晚餐
已完成：60% //////////
人类能制造出黑洞吗？
段玉龙：那二位老师觉得，咱们有没有可能未来也人造一个黑洞？
张双南：原则上来讲还是有可能的，但是在可以预见的未来其实做不到。之所以说有可能，是因为根据爱因斯坦的质能关系，任何能量都是可能变成质量的。所以我们如果造足够强的对撞机，两个粒子的能量加速到非常高并碰撞了之后，这个能量在转化成物质的过程中是有可能转换成黑洞的。就是说量子黑洞有可能在对撞机里面造出来。
大型强子对撞机是人类历史上对撞能量最高的对撞机，可将质子加速至光速的99.999999%，曾有观点认为它有可能产生量子黑洞。位于日内瓦城附近的法国与瑞士边境地下100米处，由欧洲核子中心运营。来自：CERN
当然最终的结论是实际上现在还造不出来。因为量子黑洞的最小质量是普朗克质量，而现在人类所能造的能量最高的加速器，离能够产生这种黑洞的能量还差了好多个数量级。如果未来人类能够有技术造出能量高得多的加速器，那个时候倒是有可能在地球上面造出量子黑洞来。
但如果造出量子黑洞来还是有危险的。它是个黑洞，黑洞就得吃东西。所以它可能先把欧洲核子中心给吃了，过一会儿再把日内瓦给吃了，最后把地球给吃了。好家伙造出了一个黑洞，最后把地球给吃了。如果人类真能造出来黑洞来，说不定就是人类灭绝地球一种办法，但我相信现实是造不出来的。
张帆：造的时候，除了能量高以外还存在一个问题，就是需要在碰撞的时候真的是针尖对麦芒。但这个是做不到的，真正的粒子碰撞不需要那么准。唯一能够做到的情况需要高维时空的存在。在一个小的尺度上，如果高维空间有体现的话，引力常数可以变得很大，碰撞即使没有在特别小的范围内发生也能满足产生黑洞的条件。在这种情况下，才凑合着有点可能。
张双南：有这种可能性，但是目前看来产生不了。所以通过在实验室里面产生黑洞把人类灭绝的情节，只能用在科幻里面。
思想晚餐
已完成：70% //////////
进入黑洞会看到什么？
段玉龙：从科学的角度来讲，一个人真的要是离一个黑洞很近会发生什么，比如说我们站在两个视角、两个机位，第一个机位是我们看它，还有个机位是它从里面看外面。
张帆：首先，他自己感觉什么都没发生就进去了。
张双南：那得黑洞质量比较大才行，如果小的话就比较不友好了。
张帆：这个正好跟我们一般的认知是反过来的，大的黑洞比较安全。因为黑洞起作用是在引力的变化上，所以大的黑洞虽然它本身引力强，但是不太变，就是在人的尺度上可以忽略不计了。但是一个小黑洞，在身体的这个尺度上，它吸头和吸脚的引力差很多，就会直接把人扯断了。所以《星际穿越》里面选的“卡冈图雅”那个是超大质量黑洞，是1亿倍的太阳质量，没有选一个普通的黑洞。
张双南：所以到黑洞旅行要选对了黑洞，要是银河系中心的黑洞就已经很不舒服了。
段玉龙：假设我掉入了一个比较大的黑洞，这个黑洞的比较仁慈，我没有被它撕裂。然后我能看见什么？
张帆：我们得找一个旋转黑洞。要是黑洞不旋转的话，你就必须掉到它中心的那个奇点，没有办法绕过去。但是一个旋转的黑洞，中间的奇点是一个环形。掉进去之后，你可以穿过环形中间的地方。在这里，你还可以把各个不同宇宙的的黑洞捏在一块，你就可以从这穿到另外一个宇宙里面去。
段玉龙：那我真的可以实现空间的穿越？
张帆：理论上是这样，但是实际上是做不到的。原因是如果这么做的话，你会在穿越某一个内边界的时候，看到其中一个宇宙里面全部的过往。这些巨大的信息量都会以光传递给你。光的信息传播密度就是它的频率，频率越高密度越大。在量子力学，无穷高的频率的光具有无穷大的能量，所以它会把一切直接给毁掉。
所以换句话说，这个理论模型看起来好像能在各个宇宙之间不停地穿梭，实际上不可能。我们不知道黑洞中心的奇点会干什么事，它会发一个什么东西出来，所以是没法解的。黑洞的好处就是它只吸不吐，所以你不用管它里面发生什么事。
段玉龙：那从外面看我身上发生了什么？
张双南：这个问题取决于问谁，如果问基普·索恩，他就会告诉你从外面看的话，会看着你无限逼近那个黑洞，最后就停在那儿，被冻在那里了。
张帆：因为从你身上射出来的光拼命地想往外走，但是黑洞引力在吸引着光往里去，所以走不掉。你贴得越近，光想走掉就越艰难。等你真正贴到边界的时候，光就完全走不了。所以你在那个时刻发出来的信号，是永远到不了外面人的眼睛的。
张双南：我的解释就和这个很不一样。我们精确地计算了这个过程，结果是会看到你往里面走，最后唰的一下，你就真的进去了，而不是冻在那个地方。原因在于在这个掉的过程当中，黑洞的视界是会膨胀的。本来那地方想把你冻住，它一膨胀把你吃了。所以是膨胀的黑洞把你给吃进去了，而不是你掉到黑洞里面去了，你不会冻在那个地方。
但是，你如果看包括霍金在内所有人写的书，都是说外面人看到的是你最后一瞬间挥手的那个冻结的照片。其实我们做了计算之后，发现这是错误的。
思想晚餐
已完成：80% //////////
“慧眼”卫星的新发现
段玉龙：您现在手边正在进行的项目，就是“慧眼”卫星。这个卫星也是用来研究黑洞的吗？一定要发一颗卫星去研究黑洞的原因是什么？
张双南：人类在20世纪五六十年代进入太空时代之后，各国的科学家就开始用天文卫星开始研究了。那么对X射线这个领域来说——我刚才讲了黑洞特别喜欢发出X射线来——你想看X射线，那站在地球上面是看不到的。因为地球大气层能吸收X射线，它穿透不了地球大气层。所以你如果想用X射线来观测研究离黑洞特别近的地方产生X射线，那就只好发射卫星。所以这就是为什么我们要发射“慧眼”天文卫星来观测黑洞，否则在地球上就没法做。
段玉龙：到现在为止，咱们有什么科研成果可以和大家分享的？
张双南：这有很多啊，要从头讲时间就不够了。2020年9月份，就是刚才我们讲这个黑洞会往外抛东西，有时候抛得还特别的快，我们观测到了从黑洞特别近的地方抛出来的物质几乎以光速运动，而且不仅如此，温度还非常的高，能产生X射线出来。
“慧眼”卫星发现迄今距离黑洞最近的高速喷流，从几倍黑洞视界半径的地方喷出。这一发现对研究喷流如何从黑洞的强引力场中逃出并且加速到接近光速具有重要意义。来自：中国科学院高能物理研究所
张帆：这是特别重要的一个发现。就是黑洞吸得很猛的，如果不旋转的话，离它半径三倍远的地方，就不能够稳定地以圆轨道存在了，那就肯定要往里掉的。但这个时候反而特别猛得往外喷，那就代表了磁场在里面干一些非常非常疯狂的事，在离黑洞这么近的地方能够喷出来。
张双南：有人问我们“它为什么喷”，那我倒是不知道，它到底怎么喷的也不知道，我们反正发现它是在喷。到底是怎么喷的就要理论家去搞了。
张帆：现在有一种大家比较相信的理论叫做Blandford-Znajek理论。在黑洞旋转速度特别慢或者旋转速度特别特别快的时候能算出来的，但这个正常的情况下就没法算了。
张双南：最近还有一个特别有趣的事情，跟外星人稍微有点关系。但是我们最后证明它不是外星人。
张帆：吓我一跳，以为大新闻要发布呢。
张双南：结果不是，有点遗憾啊，如果发现外星人就非常好了。
有一类现象叫做快速射电暴，这个现象在2007年就发现了，一直不知道是什么。所谓快速射电暴就是射电信号特别短，就是毫秒，而且在某些方向上还重复，比如说每18天来一次。但是呢，当我们把各种各样的望远镜指向那个地方，想看它到底有个啥天体，一直都找不到那地方到底有什么东西。换句话说这个信号只出现在无线电波段。
无线电信号我们是做通讯用的，手机也好、各种卫星通信也好都是用无线电信号。为什么用无线电信号？原因在于根据物理学的原理，产生和接收无线电信号都是最容易的，任何其他波段的信号产生和接收都是比较难的，所以用来通信是不奇怪的。那外星人应该也比较聪明，也应该理解物理学啊。所以才有脑洞大开的学者比如说Abraham Loeb，哈佛大学天文系的主任，说这很有可能是外星人在搞什么鬼。让霍金听说这事，问问他这事咋整啊？千万别回答，千万别回答。所以这有可能是外星人信号。
我们慧眼卫星最近发现，这个信号产生的同时，就只有一次目前，在这个方向有个强烈的X射线爆发的信号。而且我们把这个X射线爆发的位置给定出来了，来自一个中子星。
“慧眼”卫星通过发现跟快速射电暴相关联的X射线暴，确认其来自银河系内的中子星，这是人类首次确认快速射电暴的起源天体。来自：中国科学院高能物理研究所
既然是中子星，我们就得到一个结论，这玩意绝对不是外星人的信号。有些“杠精”说，为啥外星人不能住在中子星上，外星人厉害呀，对不对？不行，因为中子星上面首先引力很强，磁场也强，上面没有完整的原子，更不用说有完整的外星人了。所以外星人想在中子星活动，除非脑子进水。进水也不成，水也待不住。
段玉龙：总而言之，在中子星上不会存在外星人。
张双南：不会存在外星人，从天文角度来讲，我们并不关心外星人的事。这就是宇宙当中又一个很奇怪的一个现象，2007年发现的一个新的现象，现在我们至少有了一个答案。
思想晚餐
已完成：90% ///////////
黑洞研究的意义何在？
段玉龙：二位老师研究黑洞已经这么多年了。我想跟二位老师聊一聊，黑洞的研究对于普通老百姓而言又意味着什么呢？
张双南：我不知道对别人意味着什么，对我来讲就是非常好玩。今天发现一个现象，我们以前不理解；或者以前有答案的一些问题，我们再想不是这样的。这首先就非常好玩。
那除了好玩之后，我们肯定也是有更严肃的目的——发展物理规律。我们今天的所有的现代科技，它的基础都是物理学。所有的现代科技，所有的，你举不出任何例外。然而我们这一套物理学理论是基于在地球的实验室，顶多是太阳系里面的现象发展出来的。那么超出了这个范围之后，这套物理学理论是不是一定会成立？这是个大问号。如果它不成立的话，那就意味着我们这套物理学理论是不完善的，我们需要进一步发展它。
刚才张帆老师多次讲到黑洞中心到底是什么，我们想知道黑洞中心的那个奇点到底是个什么玩意。背后特别深刻的就是说在那个地方的引力非常的强，同时它的空间又非常的小，那量子力学效应又非常强。我们从来没有一个地方引力和量子效应都特别强的。宇宙大爆炸是，但已经结束了。黑洞中心也是那样，所以黑洞也提供了我们这么一个试验的场所，看看我们最成功的引力理论和最成功的量子理论，在那个地方能不能回答我们的问题。我们现在回答不了，就是因为我们的理论在那儿还对不起来。
张帆：黑洞的好处就是它引力强，从而引力场强，能量密度特别大，在附近能够发生一些极端的物理过程。就比如说刚才研究的黑洞往外喷东西的这个过程，里面的等离子体怎么产生，为什么能够喷这么远。喷出来的这个东西的密度是比周围还要低的，它能维持不散掉，这对于研究等离子体的稳定性、等离子体的不稳定性这些东西很重要。这在什么地方应用？在核聚变的反应堆里面都是这些东西。就是你要找应用，永远都可以找到。
但我特别想要强调的一点，就是大家可能有时候听到说这个东西是为了探究科学真理，就觉得跟自己半毛钱关系都没有。但实际上科学技术的发展不是从应用出发的。发现了一个物理规律，这是物理学家干的事情。下面应用物理学家就用这个规律来操纵我们的世界，操纵的手段够精妙了之后，工程师就进来了。能够操纵东西最不济可以拿它做个玩具吧，到了能赚钱的时候，就有无数的人发明出无数的你想象不到的用法。只要你每弄明白自然界一个东西的工作原理，能够操纵它了，保证是有用的。
段玉龙：所以，我们研究黑洞看似跟普通人的生活关系不大，实际上短时间内跟普通人的生活关系也不大。但是对于科学而言，这是在探究最基本的规律，而这个规律很有可能会拓展我们认知的边界。当这个边界回头再反哺我们生活的时候，可能就会产生巨大的改变。这个改变是什么，其实今天我们三个人坐在这里没有办法做出预想。但是，可以确定的一件事情是，如果我们在研究黑洞这个领域往前走了一步，这个改变注定就会来到我们的身边。
本期理性派对就到这里告一段落了，今天我们站在吃货的角度，来和各位“品尝”了一下黑洞的色香味等等，不知道给大家准备的这席大餐您还满意吗？
再次感谢中科院高能物理研究所的张双南老师以及北京师范大学天文系的张帆老师，谢谢二位。各位观众朋友，我们下一期再见。
文章和演讲仅代表作者观点，不代表格致论道讲坛立场。
“格致论道”，原称“SELF格致论道”，是中国科学院全力推出的科学文化讲坛，由中国科学院计算机网络信息中心和中国科学院科学传播局联合主办，中国科普博览承办。致力于非凡思想的跨界传播，旨在以“格物致知”的精神探讨科技、教育、生活、未来的发展。获取更多信息，欢迎关注格致论道官网：self.org.cn，微信公众号：SELFtalks，微博：格致论道讲坛。
查看更多科学讲坛内容
本文转载自《格致论道讲坛》微信公众号