假如被压缩到这个尺寸，你也会变成一个黑洞 | 左文文( 四 ) 关注风云之声提升思维层次导

文章图片
地球绕太阳转示意图
先给大家看一个简单的模型，这是太阳和地球运转的示意图。我们知道地球围着太阳转，更准确地说，它们是围绕着共同的质心在转动。
如果我知道地球围绕太阳转的速度是多少，再知道太阳和地球的距离是多少，我就能算出太阳的质量是多大了。

文章图片
活跃黑洞简易模型图
这张图是我们对一类活跃黑洞做的简易模型图。中间是黑洞，旁边的区域是气体下落形成的吸积盘，吸积盘外还有一些气体云块。
通过拍摄黑洞发射的光，我想知道两个信息：气体云块距离黑洞有多远？气体云块围绕黑洞转的速度是多少？就有点类似通过观测银河系中心黑洞附近的恒星运动，从而算出银河系中心黑洞的质量。

文章图片
第一个活跃黑洞的图像和光谱
图左是人类看到的第一个活跃黑洞——3C273的照片，这是我们在光学波段可以看到的它的样子。它像一个星点，所以我们把它叫作类星体（类似恒星的星体）。
实际上，它是一个活跃星系的中心，也就是一个黑洞。图右是这个黑洞的光谱，它包含了很多个频率的信息，反映了在比较小的频率波段，光的强度有多强。
而我的工作是什么呢？我的工作就是从技术上去分析这样的光谱，从而找出哪些是吸积盘发出的，哪些是气体云块发出的。
就拿这个光谱来说吧，气体云块发出的光是发射线，而吸积盘发出的光是连续的，如果做一个拟合的话，就是图中连续谱的情况。
通过研究气体云块发出的信号，我就能知道气体云块围绕黑洞转的速度，再基于一些经验关系，从连续谱的信息中，我又能知道气体云块距离黑洞有多远。有了这两个数据，我就可以算出黑洞的质量有多大了。
和黑洞当朋友十年多了，我从它的身上学到了很多东西。我觉得黑洞真的是宇宙中最优雅、最单纯的天体，为什么这么说呢？
因为完整地描述黑洞，只需要三个参量就够了：质量、电荷（是否带电，带正电还是负电，带多少电）、转动能力（角动量）。
可是要完整地描述我的大拇指指甲盖，大家知道需要多少个参数吗？上亿个都不止。因为指甲盖由分子组成，分子有原子，原子又有原子核和电子，原子核又有质子和中子，质子和中子又有夸克，而要描述夸克又得要多个参数。三个参数和上亿个参数相比，黑洞确实是一个非常单纯的天体。
虽然黑洞自身尺寸非常小，一个太阳黑洞的视界半径才3000米，一个地球黑洞的视界半径才9毫米，但黑洞所居住的星系比它大多了。一个黑洞相当于一个小黄豆，它所居住的星系相当于一个直径50000米的大球。
尽管体积相差巨大，但这个小家伙每秒钟发出的能量，发出的光却是那个大家伙每秒钟发出的几千倍，甚至可能还会对那个大家伙产生一定的影响。
有时候我会想，宇宙是一个很大的领域，我是研究黑洞领域的，而黑洞领域又很宽泛，我是通过观测光来测黑洞的质量；有的人是基于测好的黑洞质量去研究黑洞和星系的关系；还有的人会研究吸收线的特征，研究星际介质的情况……每个人研究的领域其实都非常小。
从黑洞，我学到的道理：做个像黑洞那样优雅、纯粹的人；就像黑洞很小，但仍可能对比它大许多的星系产生大影响；我们也很渺小，但我们是历史长河的一部分，也能激起一点水花。
扩展阅读：
通过这个21厘米谱线，或许我们可以重现宇宙|格致论道讲坛
我们不光做了世界上最大的金属呼啦圈，更重要的是解决了一个世界性难题|格致论道讲坛
这种物质虽然司空见惯，但我敢说真的没人了解它|格致论道讲坛
如果有来生，我还会毫不犹豫地选择物理系|格致论道讲坛
背景简介：本文2019年8月27日发表于微信公众号格致论道讲坛（假如被压缩到这个尺寸，你也会变成一个黑洞|左文文），风云之声获授权转载。
责任编辑：祝阳