參與了首張黑洞照片拍攝的中國科學家，怎麼解讀這張照片？
非常有乾貨的一期來啦！
本期PLUS節目，袁老師請來了中國科學技術大學天文系教授袁業飛老師，進行了一場兩個袁老師之間的對話！
其實很早之前，黑洞照片的新聞剛出來不久，科技袁人節目里就提到過袁業飛老師了（袁嵐峰解讀世界第一張黑洞照片），這一次大家更是可以見到本尊！袁業飛老師是中國16位參與黑洞照片拍攝項目的科學家之一，由他來為我們進一步科普黑洞和中國天文方面的知識，實在是太適合不過了！
當然，關於黑洞照片，其實很多同學也或多或少了解過一些了，但是這一期節目里袁業飛老師更是講到了非常深層的：黑洞照片對於整個物理學的意義。這是許多普通科普者很難講清楚的問題。此外，袁業飛老師也為我們揭示了為什麼中國沒法使用自己的望遠鏡參與黑洞照片項目，而要與日本等其它國家的科學家一同租用美國的望遠鏡呢？答案是在天文觀測方面，我們中國還是太落後了！一說到宇宙很多同學可能就想到衛星、火箭，可能還下意識地認為中國已經很先進了，但其實航天工業和天文觀測是兩種技術領域！而在後者這個領域，中國雖然已經有了FAST這樣的設施，但也只能服務於某一個波段的研究，比起美國來還完全是小巫見大巫。袁業飛老師舉例我們近年來才擁有的2米級望遠鏡，美國在100年前就有了！
順便再說一句，袁業飛老師比較少出現在鏡頭前，所以在拍攝過程中稍顯緊張，而他本人也確實是個非常溫雅和藹的人（不像咱自家袁老師那麼滴奔放！）。不過，在黑洞照片項目中，袁業飛老師負責的是理論部分的工作，他在模型、公式中構建著這宇宙中最深邃的秘密，心中裝著宇宙，腦子裡想著黑洞，所以小猿想或許袁業飛老師根本不是緊張，而是不知道怎麼和你們這些人類描述他所看到的壯麗景象吧
最後，本期結尾還有彩蛋哦，討論黑洞，有袁業飛老師一位大咖不夠，我們甚至還邀請到了「黑洞」概念的提出者之一……
視頻鏈接
嗶哩嗶哩：
https://www.bilibili.com/video/av58609221
部分評論
百舸竟流：
下集預告提到Remo Ruffini會出席，許多人的第一反應就是：牌面啊！
其實不是說這麼多期請到的嘉賓不夠牌面，事實上我相信大部分人也並不認識Remo Ruffini先生。這種有牌面的感覺，其實是發現科技袁人節目由國內走向世界的驚喜，能夠請到國外學者前來科普交流，本來就有特殊的意義。
同時也表明袁老師的無中生友的確厲害！
晗昕曦沐：
看過最早的科技袁人的前兩期的小夥伴應該記得，在那個自然指數星狀圖裡，中國的科技樹最短的就是天文學和經濟學（玄學）什麼的，最好的是數學工程和化學，一方面可以說是國家對於天文學還不足夠重視，另一方面也說明天文相較於機械化工水利土木工程這些來說，覺得並不是首要的當下提升，沒有後者這些更實在更直接。所以中國是偏科生，但是也不能說什麼，在所有領域同時發力註定有的力大有的力竭。
就點干煸牛肉：
說實話聽起來挺感慨也挺感傷的，七十年代的書籍都是介紹各種科學技術的。現在呢？我小時候還有十萬個為什麼可以看，我到一地方出行最喜歡去當地博物館和書店，然而現在去書店，很難找到科普類圖書，更重要的是還有多少人願意認認真真看科普類圖書。科技進步了獲取知識的途徑更方便了，可願意靜下心來看書的人少了。當年那種學習性氛圍逐漸被各種娛樂化取代了，哎。
訪談原文
袁嵐峰：
2019年4月10日，人類拍攝的第一張黑洞照片公布了，這張照片像什麼呢？很多人把它比喻成甜甜圈、電熱器，甚至是蜂窩煤。那麼這張照片到底反映了什麼信息呢？有不少人表示「不明覺厲」，甚至還有人認為這壓根就是個騙局，連「厲」都不覺得。那麼，這個事情確實是急需專家的解讀。這張黑洞照片到底是誰製作的呢？是一個國際合作的項目，叫做「事件視界望遠鏡」，Event Horizon Telescope，簡稱EHT。全世界有幾百名科學家參與了這個項目，這其中有16位來自中國的科學家。這其中又有一位是我的科大同事，科大天文系的袁業飛教授！
EHT項目拍攝的黑洞照片
袁業飛：
大家好。
袁嵐峰：
袁業飛老師對於科普事業也非常熱心。黑洞照片一出來之後，就很快跟我建立了聯繫，我向他請教了很多。那麼我為了解讀這個事情，我去大量讀了很多關於廣義相對論的資料。但是畢竟我對廣義相對論只是一個科普級的了解，袁業飛老師是專家級的了解。所以我們今天非常高興有袁業飛老師來向大家解讀背後的科學原理。
袁業飛：
黑洞這個天體它有兩個重要的特徵。首先它有個奇點，也就是所有的質量都集中在這一個奇點。另外它有一個特徵的勢力範圍，也就是視界，也就是說物質一旦落入到這個視界，它只有一個結局，就是落入到中心的黑洞，變成黑洞的一部分。哪怕光也是這樣的結局，也就是光也就出不來了。
視界從字面意義上來說，就是我們能夠看到黑洞最內區的邊界，也就是說這就是從字面意義上，就可以理解視界的含義。
袁嵐峰：
我想請問您是怎麼進入天文學這個行業的？
袁業飛：
這個故事要從我的初中開始說起。初中的時候，我跟我父親有一次從農村到縣城裡面，到書店裡面買了一本科普書，叫《天體是怎樣演化的》。在這本書裡面它講了恆星的形成，講到星系的演化，等於打開了一扇窗戶，讓我了解這個宇宙是那麼的浩瀚，那麼的吸引人。這是我對天文感興趣最早的這樣一個啟蒙。
《天體是怎麼演化的》，李啟斌著
袁嵐峰：
真是非常浪漫的一個故事啊！
袁業飛：
之後呢，我就對相對論非常感興趣。相對論真正有用的地方就是強引力場，就是黑洞。所以說我的研究課題就主要集中在黑洞天體物理方面，也就是黑洞周圍的強引力場下的一些物理過程和輻射。包括給黑洞拍照這個照片理論上應該長什麼樣子。
袁嵐峰：
那您現在終於能夠參與到這個工作，親自參與到拍攝黑洞這張照片，心情應該是非常激動的。
袁業飛：
對，也就是說在參與EHT望遠鏡項目之前，其實我們已經做了一些理論工作。比方說我們從理論上計算過，我們銀河系中心的這個黑洞的陰影，這個黑洞的照片應該像什麼樣子。但是這只是純理論研究。那麼現在通過參加EHT望遠鏡，我們就可以把我們的理論研究和觀測得到的照片進行比對，能夠更深刻地理解黑洞強引力場下的一些物理過程。
袁嵐峰：
能不能向我們介紹一下EHT項目的情況？
袁業飛：
EHT它是一個VLBI（very long baseline interferometry，甚長基線干涉測量技術），毫米波的VLBI。VLBI的意思就是說是我把地球上不同地方的望遠鏡來組網觀測。VLBI這個技術達到的一個效果，就是組成一個和地球半徑等價的一個大的望遠鏡，這是從解析度的角度。
袁嵐峰：
是的，不是靈敏度，它不是把地球整個都給鋪滿。它只是說地球這兒有幾個點，它們之間的距離就相當於它最大的解析度。
參與了EHT項目的望遠鏡
袁業飛：
對，就是說兩個望遠鏡，因為隨著地球的自轉，它會掃出來一定的面積，相當於我像地球那麼大口徑的一部分。這叫綜合孔徑技術，本身就是獲得諾貝爾獎的這樣一個工作。我們國家在VLBI技術上面肯定是有積累的，包括我們的探月工程，也用到了這樣一個VLBI的技術。
袁嵐峰：
您說最近的嫦娥4號也用到了？
袁業飛：
對，這是EHT望遠鏡的基本原理。中國參與到EHT項目是因為我們和亞洲，東亞的幾個國家組成一個虛擬的天文台，叫東亞天文台。東亞天文台負責運營維護美國在夏威夷的一台毫米波的望遠鏡，叫詹姆斯·克拉克·麥克斯韋望遠鏡（JCMT：James Clerk Maxwell Telescope）。因為我們參與運行維護麥克斯韋望遠鏡，所以我們中國的科學家就有機會參與到這樣一個非常大的項目裡面去。EHT只是其中一部分工作，我們還可以拿它來做，用這個望遠鏡做別的科學研究。
詹姆斯·克拉克·麥克斯韋望遠鏡
袁嵐峰：
具體是我們做了哪些事情？
袁業飛：
這個項目因為它本身它是一個大型的國際合作，有200多個科學家一起工作，它其實是分很多個工作組。比方說有觀測、有設備的更新、設備技術改造、觀測得到觀測數據之後對數據的分析、處理，也就是所謂的「洗照片」。我是在這個下面要提到的理論組，就是說照片出來之後，我們怎麼來建模、來解釋，從物理上來解讀這個照片，也就是這張照片反映了黑洞周圍的氣體的動力學、輻射等等一些。
袁嵐峰：
從這當中得到什麼有趣的結論呢？現在有沒有能夠跟大家分享一下的？
袁業飛：
就是大家所看到的，我們看到了黑洞的陰影，也就是說中心的shadow，就是黑洞視界的大小。這是一方面。
另外我們的確看到在黑洞周圍的氣體，它是接近於光速在運動的，這基本上和我們的理論預言是一致的。
袁嵐峰：
很多人會問這個照片為什麼不是對稱的，你不是說黑洞是一個球嗎？為什麼看起來它的周圍並不是完全對稱的？
袁業飛：
黑洞周圍的氣體，它基本上是在一個盤狀的幾何結構，這個盤並不是完全垂直於我們的視線方向，它和我們的視線方向有一個傾角。有的物質它就會朝向你運動，有的物質是背離你運動。比較亮的部分，實際上是朝向你運動的，也就有更多的光子輻射到達地球，所以你看起來更亮一點。
袁嵐峰：
意味著我們如果調整一下角度的話，我們這張照片就會顯得更圓一點。
袁業飛：
對，但是天文學家只能忠實地觀測，我不能夠擺弄黑洞啊。
袁嵐峰：
既然它是美國的望遠鏡，它為什麼會讓中國的科學家來操作呢？
袁業飛：
這是很好的一個問題。因為美國現在戰線拉得很長，資源總是有限的。對它來說，這個望遠鏡已經做出了很多重要的工作，它現在已經沒有足夠的經費來運營、維護這台望遠鏡了。所以藉此機會，我們東亞幾個國家就合作運營維護這台望遠鏡。
袁嵐峰：
這真是個很奇怪的景象，讓我想到我們以前經常說的一句話：這個文明並不必然總是進步的，也是完全有可能退步的。哪怕你要維護一個已有的科學設施，也不是那麼容易啊。
袁業飛：
很多的天文愛好者問我們這樣一個問題：為什麼不用我們自己國家的望遠鏡？
袁嵐峰：
對啊，這是個好問題。我們國家現在有沒有這樣的水平？
袁業飛：
但實際上是我們國家還沒有能夠參與EHT的望遠鏡。因為它對望遠鏡的要求是比較高的，能夠在毫米波波段工作。
袁嵐峰：
我們國家是缺少毫米波的望遠鏡。
袁業飛：
對，沒有到一個毫米，甚至於亞毫米的這樣一個望遠鏡。
袁嵐峰：
很多人會問：我們不是有FAST嗎？不是有這個500米口徑的射電望遠鏡嗎？
袁業飛：
FAST望遠鏡，首先它的工作波段不在毫米波，這是一方面的原因。另外毫米波的望遠鏡一定要放在海拔高的地方，因為毫米波被我們地球大氣的水汽、水分和氧氣吸收是非常厲害的。所以你看FAST放在貴州的大窩凼（dàng），它的毫米波是被大氣吸收、水汽吸收是非常厲害的。
FAST望遠鏡
袁嵐峰：
所以就是說這世界上有很多不同的望遠鏡，它是適合於不同的目的的。
袁業飛：
對，適合於不同目的。另外整體來說，我覺得我們國家的天文觀測，和國際差距還是比較大的。
袁嵐峰：
這個是大家其實非常關心的一個事情。
袁業飛：
對，我舉個簡單的例子，比方說我們國家現在目前通用型的光學望遠鏡，口徑最大的是雲南天文台，在麗江的2.4米望遠鏡。而美國在100年前，就有兩米級的望遠鏡，比方哈勃就用兩米級的望遠鏡，發現宇宙在加速膨脹，這是100年前。通用光學望遠鏡只是一個例子，因為望遠鏡有各種各樣的望遠鏡，從這個例子上你可以看到我們在天文觀測方面，和國外的差距是非常大的。
雲南天文台YF0SC望遠鏡
袁嵐峰：
基礎設施差距實在太大。所以明白我們這個宣傳，為什麼老是說FAST之類的，其實因為那是普遍的落後當中有少數幾個亮點，所以老講這個。但是你要認清落後是一個普遍狀況。
袁業飛：
如果你說中國天文對世界天文的貢獻的話，我覺得我們宋朝1054年是一個很大的貢獻。
袁嵐峰：
發現蟹狀星雲，一個超新星爆發。
蟹狀星雲
袁業飛：
對，也就那個時候，中國的天文學家，當然了官方的就是那些觀星學家。
袁嵐峰：
欽天監。
袁業飛：
對，他們很詳細地記錄了1054年超新星爆發的方位、亮度，隨著時間演化。這個對世界天文的研究是非常重要的。當然近代我們在這方面落後了。所以我想我們參加EHT望遠鏡的意義就是說，我們要奮起直追，我們通過這種國際合作來提升我們在天文觀測，天文的研究方面的這樣一個能力。
這張照片我覺得它最大的一個意義就是說，首先驗證了廣義相對論是正確的。那麼廣義相對論驗證是正確的又有什麼意義？
首先它是改變了我們的時空觀，在經典的牛頓力學裡面，我們的時空觀是絕對的時空觀，也就是時間和空間是獨立的，而且它們都是絕對的。也就是說，時間和空間不依賴於物質，物質對時空沒有影響。狹義相對論就是第一次改變了我們的時空觀。狹義相對論裡面把時間和空間統一了，也就是說，時空不是時間和空間，時空就是一個四維的。
袁嵐峰：
實際上這是第一次出現「時空」這個詞，以前這個「時空」是時間加空間，兩個機械地在一塊。但是這個狹義相對論裡面，「時空」它始終變成一個密不可分的整體了，你再也不可能把它們分開了。
袁業飛：
對，那麼狹義相對論創立之後，廣義相對論又進一步地改變了我們的時空觀。那麼在狹義相對論裡面，就是說時間和空間雖然統一了，但時間和物質是沒有相互作用的，也就是時空仍然是絕對的。在廣義相對論裡面，時間和空間和物質就發生了相互作用，時空依然會影響物質的運動，但是我們的物質又會影響時空的性質，也就是物質和時空發生了相互的影響。這在哲學上面也是讓我們很滿意的。
我們現在物理學有兩大支柱，一個是量子力學，一個是相對論。驗證了相對論，也就是說驗證了我們物理學大廈的兩個支柱是牢固的。另外一個方面，從應用學的角度，因為我們的GPS定位實際上，是要考慮地球的引力場，甚至地球轉動的影響。當然這個只是在弱場下，只是一個修正，但是這個修正非常重要。
黑洞照片的另外一個重大意義就是，它證明黑洞的確在宇宙中是存在的，也就是按你的話說黑洞的存在是「實錘」了。
袁嵐峰：
事後我們才發現，以前那麼多年，那麼多人研究黑洞，其實大家都還是在一個不夠堅實的基礎上跳舞是吧？現在你終於可以把這塊石頭放下來。黑洞的存在至少是有一個直接證據了，以前全都是間接證據。
袁業飛：
之前人們對黑洞的了解比較少，你都沒有證實它在宇宙中的存在，你可以不關心它，也就是說這個沒什麼用。
袁嵐峰：
可以當成它是純粹的一個哲學性的思辨，是吧？
袁業飛：
我們現在發現我們宇宙裡面，的確存在黑洞，那麼我們就不能夠忽視它。
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