提及黑洞這種天體，不知道大家的第一印象會(huì)是什么？對(duì)于不同的人而言，危險(xiǎn)、神秘、恐怖等等，各自的選項(xiàng)一定會(huì)有所不同。然而很少有人知道，如果不是愛(ài)因斯坦的話，我們人類想要發(fā)現(xiàn)黑洞，或許還要再晚上50年左右的時(shí)間。

更重要的是，黑洞并非“名副其實(shí)”?？茖W(xué)家們經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，黑洞的周圍其實(shí)是紅色的，唯有中心呈現(xiàn)黑色。

黑洞模擬生成圖

對(duì)此，人們不禁提出疑問(wèn)，什么是黑洞？為什么黑洞是紅的？為什么說(shuō)愛(ài)因斯坦又對(duì)了？如果答案是黑洞背后的超算，那么超算是什么？接下來(lái)不妨讓我們一同去看看，關(guān)于黑洞的相關(guān)奧秘。

什么是黑洞？

黑洞，最早出現(xiàn)在現(xiàn)代廣義相對(duì)論中，是愛(ài)因斯坦提出的一種存在于宇宙空間內(nèi)的天體。

愛(ài)因斯坦曾提出過(guò)黑洞的概念

盡管在那個(gè)時(shí)候，以愛(ài)因斯坦為首的科學(xué)家們并沒(méi)有辦法直接觀測(cè)到黑洞的存在，但他們?nèi)匀粓?jiān)定地相信，宇宙中一定會(huì)有這個(gè)天體，并且擁有超乎想象的引力。

在它的引力作用下，使得整個(gè)視界（一個(gè)事件剛好能夠被觀察到的時(shí)空界面）內(nèi)的逃逸速度大于光速。正因如此，黑洞也被稱之為是時(shí)空曲率大到連光都無(wú)法從中逃離的一種天體。

黑洞的時(shí)空曲率非常大

那么黑洞是如何形成的呢？在現(xiàn)代天文學(xué)界的主流認(rèn)知之中，黑洞就是中心有一個(gè)密度無(wú)限大、時(shí)空曲率無(wú)限高、體積無(wú)限小、熱量無(wú)限大的奇點(diǎn)以及周圍無(wú)比空曠的區(qū)域組成的一個(gè)天區(qū)。

在這個(gè)天區(qū)之中，因?yàn)楣獗晃?，所以任何事物都無(wú)法被看見(jiàn)。

黑洞連光都能吸收

而它之所以形成，主要原因就在于某一顆恒星在滅亡之后，其核心在自身的重力作用下以極快的速度收縮、坍塌，并最終發(fā)生強(qiáng)力爆炸。

在這之后，如果天體朝著中子星的方向演變，那么整個(gè)天體核心中的所有物質(zhì)在變?yōu)橹凶有且院缶蜁?huì)立即停止，并成為一個(gè)密實(shí)的天體，隔絕一切空間和時(shí)間。

黑洞可以隔絕一切空間和時(shí)間

可如果是朝著黑洞的情況發(fā)展，那么即便變成了中子狀態(tài)，中子自身的排斥力也無(wú)法阻擋天體收縮。最終，整個(gè)恒星轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)密度高到難以想象的起點(diǎn)，并產(chǎn)生超強(qiáng)的引力。這樣一來(lái)，任何靠近這個(gè)奇點(diǎn)的物質(zhì)都會(huì)被吸收進(jìn)去，黑洞也就自然而然地形成了。

為什么黑洞是紅的？

那么黑洞為什么是紅色的呢？關(guān)于這個(gè)問(wèn)題，還要從我們對(duì)于黑洞的認(rèn)知開(kāi)始說(shuō)起。

黑洞的紅色并非黑洞本身的顏色

從前文可知，黑洞是大質(zhì)量恒星在晚期坍縮形成的致密天體，因?yàn)闆](méi)有任何物體包括光子從黑洞之中逃脫出來(lái)，所以才被賦予了黑洞這個(gè)名稱。

就人類以往觀測(cè)的圖像來(lái)看，由于黑洞強(qiáng)大的引力，導(dǎo)致一定范圍內(nèi)的光線都無(wú)法逃脫，所以我們?nèi)祟惸軌蛴^測(cè)到的黑洞，其實(shí)都僅僅只是黑洞陰影而已。在這個(gè)陰影之中，所有光線不能逃脫的臨界范圍便是黑洞的半徑，也就是黑洞的“視界面”。

黑洞可以吞噬很多東西

而在視界面之外的物質(zhì)，圍繞黑洞轉(zhuǎn)圈形成明亮的一部分，其實(shí)就可以被理解為光線在被黑洞吸收之前，留給這個(gè)世界的最后一絲證明。因?yàn)橛钪嬷械墓獗辉丛床粩嗟奈者M(jìn)入黑洞，所以這部分明亮的光線也就會(huì)一直源源不斷的存在。

也正因如此，從地球上觀測(cè)黑洞的話，其實(shí)就和我們?cè)?jīng)見(jiàn)到過(guò)的日全食景象比較類似。

黑洞有點(diǎn)像日全食

在這之后，科學(xué)家們通過(guò)黑洞對(duì)天體的吸收方式研究以后發(fā)現(xiàn)，其實(shí)整個(gè)吸收過(guò)程并不是瞬間完成，而是從天體外部開(kāi)始，一點(diǎn)一點(diǎn)的將天體所有物質(zhì)全部吸收。

如果吸收的是行星、衛(wèi)星這類自身不發(fā)光的天體，人類根本無(wú)法觀測(cè)到任何跡象?？扇绻俏蘸阈堑脑?，因?yàn)楹阈潜砻娴闹饕煞质菤?，并且正在發(fā)生核聚變，所以在被吸收的時(shí)候就會(huì)形成吸積氣體流，而這個(gè)圓盤(pán)景象，也就被稱之為吸積盤(pán)。

黑洞吸積盤(pán)示意圖

至此，科學(xué)家們給出解釋，黑洞之所以會(huì)對(duì)外表現(xiàn)為紅色，其實(shí)主要原因就在于宇宙之中的絕大多數(shù)恒星都是紅色的火星。而吸積盤(pán)又是由恒星的一部分組成，所以黑洞周圍的吸積盤(pán)也會(huì)隨著恒星一樣，對(duì)外表現(xiàn)出紅色的基本性質(zhì)。

需要注意的是，這里的紅色，并非是黑洞本身的顏色，而是吸積盤(pán)的顏色。只不過(guò)在現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)條件下，我們能夠?qū)诙催M(jìn)行的最大程度觀測(cè)，也僅僅只是最外圍的吸積盤(pán)顏色，所以才會(huì)有黑洞呈現(xiàn)紅色的說(shuō)法。而當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)吸積盤(pán)呈現(xiàn)紅色的時(shí)候，也大概率說(shuō)明黑洞正在吸收某一個(gè)恒星。

紅色是黑洞吸積盤(pán)的顏色

愛(ài)因斯坦為什么又對(duì)了？

既然如此，這和愛(ài)因斯坦有什么關(guān)系呢？為什么說(shuō)愛(ài)因斯坦又對(duì)了？原因其實(shí)很簡(jiǎn)單，那就是在人類還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)并確定黑洞存在的時(shí)候，愛(ài)因斯坦就已經(jīng)提出了這種天體的存在。

而從另一個(gè)角度來(lái)看，如果不是愛(ài)因斯坦提出這種天體存在的“猜想”，或許后續(xù)的天文學(xué)家們也同樣不會(huì)朝著這方面進(jìn)行思考。因此，在最終證明出黑洞確實(shí)存在，并且還是宇宙之中最神秘的一種天體時(shí)，人們不禁感慨，愛(ài)因斯坦又對(duì)了。

愛(ài)因斯坦提出了很多超前的設(shè)想

事實(shí)上，早在1915年的時(shí)候，愛(ài)因斯坦就在廣義相對(duì)論中提出了黑洞的猜想。盡管普通人難以理解它的理論依據(jù)究竟是什么，但這個(gè)猜想依然就這樣“毫不講理”地出現(xiàn)在了人類世界。

更重要的是，雖然1916年時(shí)，德國(guó)天文學(xué)家卡爾·史瓦西就利用方程求得了一個(gè)解，證明了在半徑小于一個(gè)定值以后，天體周圍就會(huì)存在視界的理論，但后續(xù)的科學(xué)家們?cè)诤荛L(zhǎng)一段時(shí)間里面，都依舊沒(méi)能找到實(shí)物能夠與之配對(duì)。

德國(guó)天文學(xué)家卡爾·史瓦西正在計(jì)算公式

而即便在1970年的時(shí)候，人們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了黑洞的蹤跡，可科學(xué)家們依舊不敢確定，這個(gè)天體究竟是否存在。好在隨著時(shí)間的推移，人類天文學(xué)發(fā)展越發(fā)完善以后，黑洞這一天體概念才逐漸被越來(lái)越多的人接受。

而等到2019年4月10日，人類歷史上第一張黑洞照片問(wèn)世之后，全世界的天文愛(ài)好者更是為之震驚。誰(shuí)也無(wú)法想象，一百多年前的愛(ài)因斯坦，竟然能夠計(jì)算出黑洞的存在，并且成功證明即使在極端條件下，廣義相對(duì)論依舊成立。

人類拍攝到的黑洞照片

黑洞背后的超算是什么？

了解上述幾方面的問(wèn)題以后，我們不妨思考，黑洞背后的超算，究竟是什么？又為什么說(shuō)它是關(guān)于黑洞的答案？事實(shí)上，超算其實(shí)就是在觀測(cè)黑洞的道路上，最精確的末期合成計(jì)算機(jī)模型。

而想要建立這樣的一個(gè)模型，哪怕只是在短短幾秒鐘的時(shí)間里面，也需要超級(jí)計(jì)算機(jī)花費(fèi)將近20000個(gè)小時(shí)的計(jì)算時(shí)間。在這之中，哪怕只是一個(gè)極其微小的誤差，也很有可能導(dǎo)致前功盡棄。也正因如此，科學(xué)家們才會(huì)回答，在觀測(cè)黑洞的道路上，正是由超算給出的答案。

黑洞的觀測(cè)與其背后的超算有莫大聯(lián)系

值得一提的是，就人類超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展來(lái)看，現(xiàn)如今超級(jí)計(jì)算機(jī)已經(jīng)不僅僅只是模擬計(jì)算與黑洞相關(guān)的信息，即便是更加復(fù)雜的天體系統(tǒng)或者恒星系統(tǒng)，超算同樣可以給出相應(yīng)的答案。而有了超算的幫助以后，人類未來(lái)觀測(cè)宇宙也會(huì)變得更加方便高效。

自從伽利略于1609年第一次發(fā)明出天文望遠(yuǎn)鏡以后，人類便從對(duì)宇宙的想象開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)宇宙的觀測(cè)。

伽利略發(fā)明了天文望遠(yuǎn)鏡

而到了現(xiàn)在，當(dāng)超算出現(xiàn)以后，我們?cè)俅螐挠^測(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)椤跋胂蟆?。只不過(guò)這一次的想象，人類有理有據(jù)。