宇宙哈哈镜：黑洞歪曲光线造成多张镜像图象，真的美观！

tina堂

黑洞歪曲宇宙造成多张图象


对黑洞的图解（图片来源：马克·格里克/迷信图库）
想象在一个乏味的镜子大厅里映照了一全部星系，你会看到星系的每张图象在一次次的反复下变得愈来愈怪诞和歪曲。这就是宇宙在黑洞事情视界左近的样子，而黑洞也是宇宙中最歪曲之处之一。
虽然物理学家之前对这些区域的样子有一些设法，但一项新的计算精确地摹拟了在黑洞四周能够看到的现象，为测试爱因斯坦的狭义相对于论开拓了潜伏的新办法。


一圈又一圈
黑洞左近的区域的确很奇怪。无论品质大小，都会被黑洞厚此薄彼。光线会被黑洞的视界吞噬，任何货色都无奈逃脱其微小引力的影响。
然而假如你把一个星系放在黑洞前面，从另外一侧去视察，你会看到一个歪曲的星系图象。那是由于来自星系的一些光简直掠过黑洞的边沿，但不会落入黑洞。
因为黑洞的极端引力，这样的光线会向你的眼帘标的目的蜿蜒。奇怪的是，对作为视察者的你而言，你看到的星系似乎离黑洞很远，而不是间接在它前面。


黑洞四周的引力是如斯强烈，时空如斯歪曲。这发生的后果是在一定间隔内，光自身就能绕黑洞运转。来自配景星系的一些光乃至被困住，永久环抱黑洞循环。
但是，光线需求间隔黑洞某一精确的地位，能力被困在轨道中。它还能够以一定角度撞击黑洞，使其在终究逃离以前造成一个（或多个）循环。
看着黑洞的边沿，你的眼睛会从偏转的光线中看到配景星系的一张图象。而后，你会看到河汉系的第二张图象。光线在押逸前胜利地绕了一个轨道，而后再从绕两个轨道的光线中被视察到，而后是三个，依此类推。


几十年来，物理学家经过简略的估量发现，每张图象都比上一张接近黑洞边沿的e2π倍。
在该公式中，e是天然对数的底，它大约等于2.7182。π是另外一个在理数，约为3.14159，因此e2π得出的数字十分接近500。这象征着同一配景物体的每次反复比上一次更接近黑洞边沿约500倍。
这张示用意显示了光线如安在黑洞边沿左近造成配景镜像。


黑洞配景中的星系收回的光盘绕着黑洞，发明出无量无尽的宇宙“镜像”图象。（图片来源：彼得劳森）
费点儿工夫
虽然物理学家能够使用纸笔计算失掉这个简略的后果，但若他们子细视察黑洞左近繁杂的时空曲率，他们不肯定500的特殊因子是不是彻底精确。
一项新钻研颁发的后果中，丹麦哥本哈根大学尼尔斯玻尔钻研所的钻研生艾伯特·斯内彭使用数值办法来摹拟环抱（和逃离）黑洞左近的光线的物理特性。他证明，在高精度的丈量中，500的系数仍放弃不变。他的钻研后果颁发在《迷信讲演》杂志上。
斯内彭在一份声明中说：“了解这些图象为什么以如斯优雅的形式反复本人，是一件美好的事件。”


斯内彭发现500的系数只合用于简化的、不动的黑洞。实在宇宙中的黑洞会产生旋转，这会改动了光绕它们运转的形式——这反过去又改动了图象泛起的间隔。
“事实证实，当黑洞旋转得十分快时，你再也不需求凑近它500倍的间隔，但要小很多，”斯内彭说，“每张图象当初只要50或5倍，乃至降落到只接近黑洞边沿的两倍。”
因为黑洞的旋转歪曲了它四周的时空，因此配景物体的每个延续图象都显得更平整。因此，最远的图象会显得相对于不失真，而比来的图象可能彻底无奈辨认。
走进游乐园
从技术上讲，有没有限数量的配景物体反复图象，每一个个都更接近事情视界。在实际中，人类可能永久看不到它们，由于即便使用最弱小的望远镜，也只要多数图象是能够分辨的。
但这些多数人将为狭义相对于论的中心提供一个强无力的视角，狭义相对于论是一个形容引力的数学实践。


2019年，事情视界望远镜——一个横跨寰球的盘状网络望远镜——生成为了第一张黑洞“暗影”投射在其四周气体和尘埃上的图象，这台望远镜的威力缺乏以捕获配景物体的多个游乐园镜像，但将来的望远镜能够。
对望远镜视察到的镜像图象与斯内彭计算的数据进行比较，是对狭义相对于论史无前例的检修。例如，假如在黑洞前面有一颗超新星——一颗病笃恒星的超强爆炸，咱们会看到那颗超新星爆炸屡次。每张图象都会提早一定的时间，详细取决于它绕黑洞运转的次数，从而使钻研人员可以将他们的实践与理想进行对比。
咱们只需求违心注视虚空足够长的时间。
BY:Paul Sutter
FY:董美慧
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