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諾貝爾獎系列專題4：光年之外黑洞的訊息 ——來自遙遠未來的許諾

更新於 2021/03/01發佈於 2021/03/01閱讀時間約 5 分鐘

諾貝爾物理學獎

瑞典皇家科學院將2020年諾貝爾物理學獎授予英國學者，羅傑．彭羅斯 (Roger Penrose)，因為證明廣義相對論會導致黑洞的形成。並且將另一半共同授予德國學者，賴因哈德．根策爾（Reinhard Genzel）和美國學者，安德烈婭．吉茲（Andrea Ghez），因為他們發現一個看不見超大質量極可能是黑洞的緻密天體，在銀河系的中心控制著恆星的軌道運行。

愛因斯坦在1916年發表了著名的廣義相對論（Theory of General Relativity），他將重力的本質解釋為物質扭曲時空所造成的幾何現象。而後，德國天文學家卡爾．史瓦西（Karl Schwarzschild）證明，如果時空中的巨大質量能聚集成一點，這團物質就會產生極大的重力，而將周遭的時空嚴重扭曲，甚至大到連光線都無法逃逸。而在1970年，霍金（Stephen William Hawking）和彭羅斯共同提出，如果廣義相對論是正確的，那麼在宇宙大爆炸必然是從一個奇點（Singularity）開始的，就在黑洞的核心。接著，霍金以量子效應理論推測出霍金輻射（Hawking Radiation），這是一種由黑洞散發出來的熱輻射，藉此能說明黑洞的質量如何降低而導致黑洞蒸散的現象。

天問與時間簡史

人類很早就意識到自己不是宇宙中唯一的存在，仰望夜空，古希臘羅馬人運用他們豐富的想像力，將滿天星斗串連勾勒成一幅美麗的畫布，傳唱著每個星座背後的神話故事。

詩人屈原沉吟斗室望向夜晚的星空，也在楚辭〈天問〉中，提出人類對於身處廣袤宇宙的種種問題 : 「天何所沓，十二焉分？日月安屬，列星安陳？何闔而晦，何開而明？角宿未旦，曜靈安藏？」

1988年，霍金出版了《時間簡史》（A Brief History of Time），成為現代史上最成功也最暢銷的科普寫作書籍，讓嚴肅的天體物理學能普及化。他在21歲不幸罹患俗稱的「漸凍人症」，即運動神經元疾病（Motor Neuron Diseases），全身癱瘓的他只能坐在輪椅上，靠著特製的電腦語音合成器發表談話與演說，使他成為當代物理學界最知名的代表性人物。

神話哲學的沉思叩問與天體物理的理論驗證，完整描繪了宇宙和我們為何存在的終極議題。

凝視黑洞

人類史上第一張黑洞的照片（圖片來源：https://bit.ly/3p8Ytbw）

2019年4月10日，「事件視界望遠鏡（Event Horizon Telescope）」計畫成功拍攝到人類史上首次的超大質量黑洞影像。這個計劃由全球約200名科學家聯手合作，把分散在美國、墨西哥、智利、法國、格陵蘭島和南極的八座天文望遠鏡連接組合，建造一座口徑相當於地球直徑的超巨型的望遠鏡虛擬網絡，再藉由年僅29歲的電腦科學家布曼（Katie Bouman）研發的關鍵演算法，將觀測數據組合而成影像。由於黑洞自身不發光，難以直接觀測，科學家所「拍攝」的，其實是黑洞的「陰影」。

這是位於M87星系中心的黑洞，M87星系黑洞與地球相距5500萬光年，質量為太陽的65億倍。黑洞結構宛如新月，中央則是黑暗的，與愛因斯坦廣義相對論所預期的旋轉黑洞所產生的暗影相符。

有人說黑洞像是甜甜圈，或像是黑暗中的貓眼，也有人說像是吐司上的繞成圈的義大利麵。

這天，我們終於看到了曾經以為只是概念上存在的東西。

時間只是一種執拗且恆常的錯覺

愛因斯坦曾經說過：「過去、現在和未來之間的區別，只是一種執拗且恆常的錯覺 ( the distinction between past, present and future is only a stubbornly persistent illusion )」

「是因為對時間的單向性的錯覺，使人類不斷在追尋永恆。」

做為一種基本物理量，時間的複雜性和多層次性可能超越我們尋常的理解，各個時間之間也許可以各自獨立而互不相涉。

於是，我們也許才明白，人類為何如此渴望親眼目睹黑洞的照片。或許透過直視黑洞真實的存在，可以説服我們去相信，時間是可能折返的，我們可以回到所有分別的那一天，而沿途的遺憾也可能得到補償，彷彿是來自未來的一個許諾，相遇重逢的必然。大霹靂（Big Bang）理論告訴我們，浩瀚宇宙起源於一個極小的點，因大爆炸而不斷地向外加速膨脹著。如此想來，渺如滄海一粟的人類的存在，這樣的時間刻度實在太虛無。

不過也沒關係，霍金提醒我們：「如果宇宙中不存在我所愛且愛我的人，那的確會是一個空虛的宇宙。沒有他們，它的一切奇蹟都對我毫無意義。」我們因愛奔赴，我們也為愛停留，因為愛與牽繫，我們才真正理解了時間，也讓我們在當下這個時空的生命，產生了獨一無二的意義。

責任編輯：黃璿聿　核稿編輯：鄒宇晴

參考資料與延伸閱讀：

1. 「黑洞」從何而來？科學家百年來的推論歷程 https://www.thenewslens.com/article/117745

2. 《霍金簡史》：為什麼霍金是世界上最偉大的科學家之一？ https://buzzorange.com/techorange/2018/03/16/a-brief-history-of-hawking/

3. 人類首次拍到黑洞，到底看到了什麼？https://www.natgeomedia.com/science/article/content-7930.html

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