本文作者：孟新河，南开大学物理科学学院教授、博士生导师。天津市科普作家协会副理事长。
北京时间2019.4.10既今天21时全球6家机构将要同时发布人类得到的第一张”黑洞照片”，那么黑洞到底是什么？这个影像怎么来的?它能告诉什么？后续怎样？在今天国内科技大发展时代我们能感悟到些什么，能够可能做哪些贡献呢？
应天津市科普发展中心之邀，我会陆续写一些黑洞的故事，请读者朋友把玩指正。
黑洞不黑
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宇宙初创一片混沌，上帝说让牛顿来，于是天下光明。
其实在 J. Wheeler（他也是星际穿越电影的科学顾问 Kip.索恩的老师，物理界圣经样的大厚黑书《引力》的作者之一，中译本经由尊敬的李老师等4人努力，繁体版几年前面世，以兹不曾忘记的纪念吧!）正式给出黑洞这个词语之前，已经有许多对这个致密天体的讨论了：如几百年前的拉普拉斯就已经告诉大家时空中可以存在一个区域使得连光这个宇宙中人们认为跑的最快的“运动员”也逃脱不了。利用牛顿力学简单推演（逃逸速度概念，球对称几何和万有引力定律的定量表达式），很容易就导出这个区域尺度大小就是今天文献中所说的史瓦西半径，它与这个区域的总质量(能量)成正比！ 从此容易看到，这个是从数理推演出来的，奥哈，它只能算做数学黑洞或数学物理黑洞(牛顿，拉普拉斯都是数理大家，每个都有很多好玩故事)!对于更复杂的黑洞如轴对称，带有其它荷(”毛”)的时空区域我们以后再说。
黑洞究竟是什么？
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作为实证科学基础的物理学，我们谈论的物理黑洞(我的一个好友同事也把它称为天体黑洞)究竟是什么呢? 在我以前在天津科普说上的10篇系列文章中（见附录），我们介绍了行星和恒星的起源及演化， 黑洞作为一种极端紧致星是大质量恒星演化的产物(一个指甲盖大小的黑洞物质重量可轻易压塌天津市.质量可见是关键因素！而质量起源本身今天仍然是个没彻底理解的谜团)，它本身也有生命的历程，尤其是2015年9月人类利用 LIGO 首次直接发现了30陪左右太阳质量的(双)黑洞以来，我们对这类极端天体有了真实的认识，也就是说作为科学的价值观看，黑洞作为科学存在的实证始于2015年的初秋.既然真实存在这样的怪物，人类自然想一睹芳容，真是对在水一方的”伊人它”一日不见如隔三秋，恋恋星空情天恨海，好奇的人类望眼欲穿！ 为解除”苦恋”，以 MIT 为首的一组天体物理学家联合地球上十多家天文机构，干革命不分东西南北极地高山，提出了黑洞事件视界望远镜计划(一个非常全面的 EHT介绍可参考3年前的科学美国人科普杂志文章，专业技术原理文章见 ApJ.817(2016)173L)。所谓事件视界就是黑洞的边界或者学术点表述就是光信号能达最后的界垒. 既如此，我们怎么能看到黑洞呢？天体物理学家说，请 EHT( event horizon telescope)来， 于是就有我们下面的介绍和今晚的全球直播。
黑洞的照片是怎么拍摄的？
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EHT 观测的两个主要黑洞候选者一个在银河系中心的半人马座A*（它细分为东西两个，其中一个是射电源，西A*据估算有400万倍太阳质量，科学上还得要问东西的!），另一后选体是室女座星云 M87的中心，它比半人马座A*远但中心质量有上亿倍太阳质量。切记我们一开始就说黑洞的大小或那个极端区域大小与其质量成正比， 质量越大尺度就越大，遥远距离的地球上的望远镜才可能”看”到。那么黑洞是连光都进不去的极端区域我们怎样给它拍照相片呢? 为了稍微严谨我们先介绍分辨率的基本概念：简单来说就是一个设备能够区分被观测物体两质点间的最小距离，有些不太严谨的文章干脆直接说是能看到的最小距离，它与观测设备的口径大小成反比，与发收电磁信号(波)的波长成正比，所以实验中要求观测口径尽可能大波长尽可能小(考虑到宇宙间介质吸收散射等等，波长也不能任意小，EHT 是毫米到亚毫米波段，既mm-submm bands，这是典型的射电天文领域。)我们地球人类目前较易找到的最大尺度就是地球直径了(当然，以后发展的空间望远镜阵列有效口径更大，这个可以有， LISA， 天琴和太极空间项目就是实实在在例子，尽管原理不尽相同!)；除南北不同，中部设备观测结果可用了校正提高精度。
所以EHT由地球北面的（如西班牙）射电望远镜，南天区的(如智力)，美国亚利桑那和南极的不同射电望远镜组成射电干涉望远镜陈列 来测量(”看”)黑洞区域，而地球是按不同时域划分的，不同地方的望远镜取数据时间由精确的原子钟协调，保证各个台站同步观测，使得后期后期数据处理时干涉成图可以达到毫角秒的高分辨率，这也是目前所有波段空间分辨率最高的天文观测技术(与 LIGO 测量技术有一比！）。经过各种误差分析，背景前景扣除，算法改进等等数据重建方法，就给出我们今晚看到的黑洞了(既通俗读物:”洗照片”过程描述)，给出了”照片”。干涉是波动力学现象，它的振幅，相位，频率等数据可给我们提供被观测源的许多信息，由此加上程序算法我们就能推断黑洞的质量，旋转，带什么荷(有无”毛”)，验证引力规律，如广义相对论在什么尺度和强度正确等等一系列有重大意义的课题。
2017年EHT由十台望远镜组成，中间两个退役，现在是8个射电望远镜组成的有效干涉阵列在工作。我们系列文章第10篇介绍的引力波的间接探测设备—阿雷西博射电望远镜就是个极有影响的大装置，今年9月正式要运行的我国贵州钱塘的 FAST 更是本领强大，可望做出真正世界首创发现.我国现在经济发展优异，关键的关键还是踏实真正能干事的人才和合理的制度建设跟上!
后 记
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星空灿烂，问天求索，道路漫漫，前景光明; 我们同时坚守内心的良知和保有文明发展的规律！精心培育大量人才，中国人一定能在这个大时代为人类文明做出伟大的贡献! 本文写作过程得到了科大校友无私分享，我也借机纪念我的一位前辈相对论天体物理老师：清明刚过先生教诲永存! 黑色的眼睛永远追寻光明。
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