來(lái)源：原理

　　你一定對(duì)黑洞不陌生，它們是宇宙中最驚人的一類天體，是一種連光都無(wú)法逃逸的奇妙的引力團(tuán)塊。

　　黑洞是由奇點(diǎn)的存在定義的，它的“邊界”就是事件視界。無(wú)論什么東西，一旦進(jìn)入這個(gè)邊界便有去無(wú)回，再也無(wú)法逃脫。

　　黑洞由奇點(diǎn)的存在而定義的，它被“事件視界”包圍著。| 圖片來(lái)源：nobelprize.org

　　你很可能也聽(tīng)說(shuō)過(guò)，由于極端的引力，黑洞附近的時(shí)空結(jié)構(gòu)會(huì)被改變和扭曲，空間甚至?xí)r間的行為都很奇怪。空間會(huì)發(fā)生急劇彎曲，光線也會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。在一些極端情況下，非?？拷诙吹墓饩€可能偏轉(zhuǎn)得很厲害，甚至?xí)诤诙粗車(chē)@上好幾圈，然后才逃逸。

　　這樣一來(lái)，當(dāng)我們觀察宇宙時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)很多有趣的現(xiàn)象。近日，尼爾斯·玻爾研究所的一位碩士研究生提出了一種最新的數(shù)學(xué)表達(dá)方法，恰當(dāng)?shù)孛枋龀隽撕诙慈绾斡绊懼鴣?lái)自宇宙的光。研究已于近日發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》上。

　　如果一個(gè)黑洞出現(xiàn)在我們和一個(gè)遙遠(yuǎn)的背景星系（或者其他天體）之間，這個(gè)星系或許“安然無(wú)恙”，但我們看到的圖像就未必了。

　　這個(gè)星系會(huì)向各個(gè)方向發(fā)出光芒，一些光相對(duì)來(lái)說(shuō)離黑洞沒(méi)那么近，它們會(huì)輕微地發(fā)生偏轉(zhuǎn)。還有一些光離黑洞更近一些，它們可能繞著黑洞轉(zhuǎn)了一圈，然后再逃逸。還有一些離黑洞更近的光可能繞著黑洞轉(zhuǎn)了兩圈甚至更多……以此類推。

　　來(lái)自背景星系的光距離黑洞越近，環(huán)繞黑洞的圈數(shù)就越多，因此我們會(huì)看到同一個(gè)星系的不同圖像。| 圖片來(lái)源：nbi.cu.dk

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，如果我們站在事件視界之外的某個(gè)位置觀察，會(huì)有無(wú)數(shù)光的軌跡進(jìn)入我們的眼睛，讓我們看到同一個(gè)背景星系的不同版本的圖像。隨著距離事件視界越來(lái)越近，光繞行黑洞的次數(shù)就越多，所看到的圖像版本也更多。

　　如果我們從地球上觀測(cè)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)圖像會(huì)變得越來(lái)越“壓縮”，越靠近黑洞的圖像越會(huì)被“拉扯”成趨近環(huán)形，發(fā)生扭曲和變形。這就給物理學(xué)家留下了一個(gè)關(guān)系的問(wèn)題：從一張圖到下一張圖的變化，意味著需要向黑洞更靠近多少程度？

　如果我們站在地球上觀測(cè)，這些圖像會(huì)隨著與黑洞距離的變小而變得越來(lái)越扭曲和彎折，就像被不斷“壓縮”一樣

　　實(shí)際上，這個(gè)系數(shù)的答案在40多年前已經(jīng)得到，大約是500倍，更精確地說(shuō)是e2π（535.4916555247647……）。這可以簡(jiǎn)單理解成，多繞一圈的光創(chuàng)造出的新圖像，與黑洞的距離只有上一張圖像的約500分之一。

　　盡管我們已經(jīng)知道了這一系數(shù)，但它背后的計(jì)算卻格外復(fù)雜，科學(xué)家一直沒(méi)有發(fā)展出一種合理的數(shù)學(xué)和物理解釋，很好地說(shuō)明為什么恰好是這個(gè)數(shù)字。

　　在新研究中，阿爾伯特·斯內(nèi)彭（Albert Sneppen）利用一些巧妙的數(shù)學(xué)技巧和模擬，成功揭開(kāi)了背后的原因，用完整的數(shù)學(xué)再次確認(rèn)了這一數(shù)值，也讓我們對(duì)這種神奇現(xiàn)象有了更進(jìn)一步的理解。

　　根據(jù)分析，e2π這一系數(shù)直接與黑洞以及引力的運(yùn)作方式有關(guān)。研究還發(fā)現(xiàn)，這種新方法不僅適用于數(shù)學(xué)上最簡(jiǎn)單的那種“簡(jiǎn)單版本”的史瓦西黑洞，它同樣能夠推廣適用在旋轉(zhuǎn)黑洞上。事實(shí)上，旋轉(zhuǎn)黑洞在宇宙中更為常見(jiàn)。

　　當(dāng)黑洞旋轉(zhuǎn)得非?？鞎r(shí)，這一系數(shù)的數(shù)值將明顯下降。這個(gè)系數(shù)實(shí)際上還代表了圖像在黑洞周?chē)弧皦嚎s”的速度，“e2π”這么大的數(shù)值意味著，圖像會(huì)被快速壓成環(huán)形，也就是說(shuō)，許多圖像在實(shí)際操作中可能很難被觀測(cè)到。然而系數(shù)數(shù)值的下降或許暗示著，在旋轉(zhuǎn)黑洞的周?chē)辛烁鄤?chuàng)造圖像的余地，這為觀測(cè)黑洞以及它們背后的遙遠(yuǎn)星系帶來(lái)了新的可能。

　　斯內(nèi)彭希望，這一研究能夠真正幫助相關(guān)的觀測(cè)。這樣，我們不僅可以了解黑洞，還有機(jī)會(huì)認(rèn)識(shí)黑洞背后的更多星系。

　　在某些情況下，我們可能還有機(jī)會(huì)“觀看”反復(fù)“播放”的宇宙電影。隨著光的傳播時(shí)間增加，它環(huán)繞黑洞的次數(shù)就越多，因此圖像就會(huì)變得越來(lái)越“延遲”。例如，假如有一顆恒星在背景星系中以超新星的形式爆發(fā)，科學(xué)家或許就能一次又一次地看到這種爆炸。

　　#創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)：

　　編譯：M?ka

　　#參考來(lái)源：

　　https：//nbi.ku.dk/english/news/news21/danish-student-solves-how-the-universe-is-reflected-near-black-holes/

　　https：//interestingengineering.com/black-holes-reflect-universe

　　https：//www.nature.com/articles/s41598-021-93595-w

　　#圖片來(lái)源：

　　封面來(lái)源：NASA / JPL-Caltech

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