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一位研究黑洞的科学家和他不为人知的故事
　　“还记得《星际穿越》吗？其实，想进入黑洞，绝没有想象的那么容易。”和黑洞吸积理论打了多年交道的中科院上海天文台天体物理研究室主任袁峰，说话时总是带着淡定的微笑。
　　袁峰的办公室在天文大厦16楼，两桌两橱，简单朴素。走到窗前，倒是有极目天舒之感。不经意间，这里正暗合了他的黑洞研究的日常。作为一名理论基础研究学者，他的工作与浩瀚星空有关，辽阔、神秘、未知。但在日复一日中，他更多的是在这里埋首文献和不辍思考，过着波澜不惊的生活，有了灵感则任想象力自由地行走，再一次次去验证那些假设是否可能。
　　自2005年作为“海外杰出人才”回国至今，袁峰在这间办公室工作了11年，厚积薄发，把中国的黑洞研究引领到了国际一流水平。前几天，他被授予了上海市自然科学牡丹奖。
　　吾爱吾师，吾更爱真理
　　这是一个颠覆了自己导师理论的故事。
　　1999 年，科学家们完成了第一个黑洞吸积流的整体数值模拟工作（黑洞对周围气体的吞噬过程被称为“吸积”）。这一开创性的工作最重要的发现是，吸积率并不是大家之前认为的是半径的常数，而是随着半径的减小而降低。但是，人们并不清楚这一结果的物理原因。为此，理论家们进行了大量研究，提出了两个模型。第一个模型是“外流”模型，是由美国科学院院士、美国天文学10 年规划的总负责人Blandford 教授等人提出的。在该模型中，他们假设吸积率随半径的减小而降低是由于不断有物质通过外流的形式损失掉了。需要强调的是，在该模型中，外流的存在只是个假设，并没有得到证明。第二个模型是“对流”模型，是由美国科学院院士、哈佛大学的Narayan 教授等人提出的。在该模型中，他们认为吸积流是对流不稳定的，该不稳定性导致了吸积率随半径的降低。
　　Narayan正是袁峰在美国从事博士后研究期间的合作导师，因为发现了一个新的黑洞吸积解而获得了美国科学院院士的荣誉，该对流模型是他的重要工作之一。这两个模型究竟哪一个正确？这一问题困扰了学者们十多年之久。袁峰对这个问题同样感兴趣，黑洞周围的气体到底是在打转还是逃逸了出去呢？2012年的一天，他灵感来了，于是创新性地利用大规模数值模拟，对“对流”与“外流”两种模型的性质做了一个统计研究，并发现了吸积流是对流稳定的。这一方法在天体物理领域前人从来没有用过。这一研究结果，第一次从理论上解决了两个权威学派的争论，但与此同时也宣告了对流模型的不正确。
　　Narayan对这一结果的怀疑表现在了他与袁峰的往来邮件以及面对面的讨论中，字里行间都透着不认可。袁峰没有放弃，他与国际同行合作，申请到了3百万秒的钱德拉太空望远镜观测时间。通过对观测到的谱线的分析，得到了吸积流密度的径向分布，进而证明吸积流确实存在外流。这一结果发表在了2013 年的《科学》上，完全证实了袁峰前一年的理论研究结果。同年5月，他应邀参加了在美国普林斯顿大学召开的“黑洞周围的辐射过程”的国际会议。该会议参加人员只有40 余人，全部为邀请参加，包括了国际上最权威的一些学者，Blandford、Narayan等也都在其中。袁峰是中国大陆唯一被邀请参会的人员，并在会上作了30 分钟的特邀报告。至此，Narayan终于认可了袁峰的工作，并为他感到自豪。
袁峰介绍如何通过数值模拟数据，运用“实验粒子轨迹”方法，发现了吸积流中存在很强的外流。 & 黄海华摄
　　“不要迷信权威，要学会批判性地阅读文献”
　　高中毕业时，有位同学在袁峰的毕业纪念册上写了一句话：“你是一个很有创造力的人。”也许他一直受这句话的激励，也许袁峰骨子里正是这样一个人。
　　黑洞吸积盘的研究起始于上个世纪70年代。通过求解方程组，天体物理学家们先后发现黑洞“吸积盘”有两种模式。一种模式中，被吞噬的气体温度较低，盘也较薄，被称为“冷盘”；另一种模式中，被吞噬的气体温度较高，盘也较厚，被称为“热盘”。这两种模式分别包含两个解。
　　提出第一个冷盘解的论文至今已被引用了七千余次。第二个解也是冷盘解，是一名波兰科学家发现的，他是袁峰博士导师的导师。第三个解是“热盘”模式，是袁峰在哈佛大学的博士后导师提出的，解决了银河系中心超大质量黑洞的著名难题。不过，这三个已有的解都无法解释明亮的黑洞的高能辐射从何而来。袁峰的创造性工作发现了第四个解——明亮的“热盘”，这种“盘”辐射效率高、亮度大，因而解决了一些明亮的黑洞的高能辐射起源问题。接下来，袁峰想要挑战的是研究两相或多相的吸积盘，因为目前他研究的都是“热”或“冷”的单相吸积盘，都是均匀的温度。
　　天文学家发现，黑洞并不能将所有气体与物质都吞噬掉。在靠近黑洞周围的地方，还有一些细长的物质以及辐射往外喷射，被称为“喷流”。受太阳爆发的间断性的启发，袁峰等人首次提出了间断型喷流的磁流体动力学模型。这是目前为止国际上间断型喷流形成的唯一模型，在国际上受到了较高关注。
　　回顾自己的科研经历，袁峰说必须要有创新精神：“简单地在别人工作的基础上进行一些修修补补的工作、在别人开辟的道路上进行研究，相对来说风险小，但这不应该成为主要的科研方式。在条件成熟的时候，要勇于提出全新的想法，甚至开辟新的领域或者方向。当然，要做到创新并不是一件容易的事。这就需要在平时的科研工作中勤于思考、深入思考，另外要具备一定宽度的知识面。创造性的思维也可以通过后天有意识的训练达到，比如不要迷信权威，要学会批判性地阅读文献等。对于科学研究来说，想象力比知识重要得多。”
　　“科研工作带给我们内心愉悦和精神满足”
　　影响因子高达37，每年只出版一期，总共十几篇文章全部为约稿，论文作者是在同行推选基础上，由权威学者讨论决定产生——这份学术杂志正是《天文和天体物理年评》，国际天文和天体物理领域公认最权威的综述性期刊。2014年，袁峰接到邀请，以第一作者身份在该期刊发表了《黑洞热吸积流》的综述论文。这是迄今为止国内天文界在该期刊发表的第二篇论文。
　　让袁峰自豪的是，他至今已发表SCI论文91篇，其中75篇是在国内完成。他曾先后在德国马普射电天文研究所、美国哈佛大学等机构工作，尽管不难找到国外的永久位置，他还是毅然决然地回到了中国，希望自己的工作能对祖国有所贡献。他也确实做到了——在国家基金委组织的“数理学部杰出青年基金获得者评估”中，袁峰两次在天文学科中排名第一。在2014年中科院组织的“国际专家诊断评估”中，上海天文台的活动星系核吸积模型方面的工作被评价为“世界水平”。
　　袁峰本科时学的是物理，硕士期间曾阴差阳错地学了量子化学，这一转折倒是让他坚定了对天体物理的喜爱。即使以后在研究工作中遇到诸多困难，他也从不轻言放弃。“如果遇到困难就放弃，注定会一事无成，做不出有原创性的科学成果。”
　　也许是和浩瀚星空打交道的原因，袁峰给人一种淡定平和的感觉。一般人觉得虚无缥缈、触不可及的黑洞，在他看来却是全新的、未知的、充满着挑战。“科研工作从来就不是一份挣钱的职业，但物质生活显然仅仅是我们生活的一部分。科研工作带给我们内心愉悦和精神满足，因为我们是在探索宇宙的未知的奥秘。”(作者　黄海华)
【来源】上海观察科学家发现黑洞边界背后或存在神秘能量墙 |黑洞|科学家|量子_科学探索_新浪科技_新浪网
科学家发现黑洞边界背后或存在神秘能量墙
　　科学家近期提出一种新的虫洞理论，能够避免传统虫洞理论导致的矛盾，并将有可能最终引导科学家们找到通往统一量子论与引力论的方法
　　新浪科技讯 北京时间6月27日消息，据英国《新科学家》杂志网站报道，虫洞――宇宙中连接黑洞的时空隧道。近期的一项研究认为，这可能是一种名为“纠缠”的奇异量子特性产生的结果。根据这项最新定义，如果你不幸坠入一个黑洞，你将不会被碾碎，而是会被烧死。
　　当然科学家们的研究目的并不是为了搞清楚人是怎么死于黑洞之手的。对于理论物理学家们而言，重要的是，它将能够揭示量子理论与广义相对论之间存在的不兼容性，而解决这个矛盾将帮助科学家们最终找到统一这两大理论的方法。
　　引力理论认为，如果你落入一个黑洞，你将死于所谓“面条效应”，也就是由于不断增强的引力将你的身体逐渐拉长并最终撕碎的痛苦过程。但是就在去年，美国加州大学圣巴巴拉分校的理论物理学家约瑟夫?布钦斯基(Joseph Polchinski)和他的同事们在考察黑洞的量子特性时，他们遇到了一个问题。霍金指出黑洞会通过一种名为“霍金辐射”的方式向外辐射光子，这些光子与黑洞内部以及它们相互之间都存在着量子的纠缠效应。这一点违反了量子理论中的一条戒律，那就是一个粒子不能同时与两个事物处于纠缠态。
　　为了保持量子纠缠的单一性，布钦斯基在去年指出黑洞光子纠缠理论的失效。这将在黑洞事件界限上产生一个能量壁，从而导致相对论的失效，因为坠入其中的人将会被焚烧，而不是面条化。这是一个矛盾。
　　对于这个问题，两位物理学界的重量级人物正尝试给出解决方案，他们是普林斯顿大学高等学术研究所的胡安?马尔达西那(Juan Maldacena)以及斯坦福大学的莱纳德?苏斯坎德(Leonard Susskind)。他们给出了一个大胆的设想：一种新型的虫洞理论，在这一理论下纠缠系统不会崩溃。
　　首先，他们两人指出，虫洞这种时空隧道一般是用广义相对论数学进行描述的，但同时可以从量子论中得到，只要界定两个黑洞处于纠缠态即可。从这种角度上来说，就相当于将虫洞视为是纠缠态的一种物理体现。
　　随后，这两位物理学家将他们的这一理论进行扩展，将单个黑洞以及霍金辐射考虑在内，得到一种全新的虫洞类型。他们指出，这种新型的，连接起黑洞与霍金辐射的虫洞或许可以避免让在常规纠缠理论体系下会限于崩溃的多粒子纠缠的情况。这样，黑洞事件边界上的能量壁就不必出现，而相对论也将得以保全。
　　加拿大麦吉尔大学的帕特里克?海登(Patrick Hayden)认为这一新理论非常令人信服，但是他也指出应当在这方面进行更多有关黑洞与光子方面的工作。而另一方面，帕钦斯基则对此表达了审慎的乐观态度：“这当然是一个新鲜的观点，但仍然缺乏太多细节。”
　　即便在新的虫洞定义下，仍然有可能出现“黑洞防火墙”。马尔达西那和苏斯坎德两人同样也表示黑洞外的观察者存在操纵黑洞霍金辐射的可能性，从而产生一道冲击波，在虫洞中形成一道能量壁。但这并不会就此终结相对论，因为这里出现能量壁并非绝对，并非黑洞的内在属性。马尔达西那希望有关这一问题的研究将会带领我们通往最终的量子引力论的大道。(晨风)
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看过本文的人还看过质量超过太阳100万倍的黑洞有很多 科学家找到它们形成的关键
[摘要]科学家最新研究发现，在超大黑洞的成长过程中，一些高密度分子气体圆盘具有重要的气体质量供给源的功能。
超大质量黑洞日本东京大学近日宣布，该大学泉拓、河野孝太郎等人的研究小组首次发现，在超大黑洞的成长过程中，一些高密度分子气体圆盘具有重要的气体质量供给源的功能，可以综合证明星系中心部位的气体质量流入和流出的平衡，符合“高密度分子气体圆盘内形成的大质量星体发生超新星爆发，气体中产生强烈乱流，促进向内侧供给气体”的理论模式。该研究小组利用阿尔玛望远镜获得的高解析度电波观测数据，对附近星系中心超大黑洞周围数百光年范围的低温、高密度分子气体圆盘进行了调查。新的发现是接近揭开超大黑洞起源之谜的重要成果，该小组今后将继续对远方的黑洞天体进行详细观测，以增进对中黑洞成长的理解。根据近年来的观测，多数星系中心普遍存在超过太阳质量100万倍以上的超大黑洞，但它们的形成过程仍是个谜，这也是现代学的重要课题之一。以前家就知道，超大黑洞吸收的气体量与星系中心星体形成率相关，即中心大量产生星体的星系，其黑洞的气体吸收率也增大。这意味着两种现象具有某种物理结构关系，星体形成驱动黑洞的成长，但对其详细机理尚不明了。此次，研究小组利用“低温高密度分子气体”作为解决这一问题的突破口进行了观测研究。这是因为低温分子气体是星系中心部位星际物质的主要存在形式。特别是高密度分子气体是星体形成的母体，对于研究超大黑洞成长和星体形成之间物理关系最为合适。通过对中心存在超巨大黑洞的10个星系进行分析，研究小组首次发现了高密度分子气体圆盘的质量与超巨大黑洞质量吸收率具有很强的正相关联。研究结果认为，作为超大黑洞的质量供给源，附近的高密度分子气体圆盘起到了重要作用，而星系全体气体的多少对超大黑洞成长并没有影响。研究报告在线发表在日前出版的《天体物理学杂志》上。（记者陈超）
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还能输入140字探索丨科学家：我们或许都生活在一个黑洞中
　　科学家认为宇宙或许就诞生在一个黑洞之中。
　　腾讯太空讯 据英国《每日快报》报道，虽然许多人都接受大爆炸理论，但是一群物理学家正在挑战这一流行理论。黑洞对于科学家来说完全是一个迷，但是有科学家认为每个黑洞或许都是另外一个宇宙的大门。
　　新罕布什尔大学的一位理论物理学家Nikodem Poplawski是这一理论的创立者之一，而且在质疑大爆炸理论时第一个提出了他的观点。Poplawski在写给一家科学网站的文章中提出质疑：“什么引发了大爆炸？什么导致宇宙膨胀终止？导致宇宙加速膨胀的神秘暗能量来自哪里？”这些质疑就是他理论的基础，他声称他的黑洞宇宙理论颠覆了传统的奇点理念。
　　科学家们认为，在宇宙的开始，也就是138亿年以前存在一个密集而且超热的点，也就是我们所说的奇点，而且物理定律无法应用其中。而宇宙发生奇点以及物理学定律无法应用的另一个时间点就在黑洞的视界当中，而且这是目前的科学无法解答的谜题。
　　阿尔伯特-爱因斯坦曾提出理论称，位于大爆炸中心的是无穷小而且密集的东西，但是Poplawski先生却认为那种无穷在自然界中是不可能存在的。他认为在大爆炸中心的东西虽然小但却有限的。
　　Poplawski先生认为诞生大爆炸的“种子”来源于一个有限的物质点，这个点极其密集而且位于一个黑洞的底部。他认为这颗“种子”的重量可能相当于十亿个太阳，但却比目前我们所发现的任何粒子都小数十亿倍。
　　这位波兰物理学家把黑洞描述为宇宙的一个“熔炉”。当黑洞底部的这颗“种子”随着黑洞以接近光速的速度扭曲时，它就会变得扭曲而压缩，最终它会突然爆炸诞生我们所知道的宇宙。
　　Poplawski先生补充道：“扭曲理论为每个黑洞内部都会形成一个新宇宙的情节提供了一个理论基础。我们宇宙中的黑洞也会通向另一个宇宙，而且如果你在接近一个黑洞的入口时不被切碎成粒子的话，你就很可能到达另一个宇宙。”
责任编辑：徐梅