鍾銘聊科學
人類觀測到黑洞的證據，是上世紀末期發現的
1783年英國天文學家米歇爾提出了黑洞假說，幾經沉浮，最後得到了多數科學家的認可。由於它太神奇，直到上世紀80年代，人們還認為是一個科幻存在。
哈勃拍攝的兩個黑洞圖片
由於黑洞無法被直接觀察到，於是人們想到了用間接的辦法尋找黑洞。如果有物質落向黑洞，當它接近黑洞時會圍繞黑洞外圍高速旋轉，運動軌跡呈盤狀或喇叭狀，同時釋放出高能X射線。下圖為錢德拉望遠鏡拍攝的圖片：
正如預計的那樣，通過錢德拉X射線望遠鏡和巨型陣列射電望遠鏡，天文學家鑑別出幾百個黑洞。哈勃望遠鏡對某些黑洞進行了計時，發現它們的旋轉速度達到每小時100萬英里。天文學家利用間接的方法驗證黑洞周圍的漩渦吸集盤，收集到很多美麗的圖片。如下圖：
科學家還認為可以通過伽馬射線爆發觀測黑洞。現在空間望遠鏡可以每天都會發現伽馬射線爆發，經過計算機處理後，發現伽馬射線中心有一個直徑只有幾十英里的物體。科學家認為這可能是黑洞正在形成。
天文學家們利用牛頓運動定律，知道了圍繞中心物體的恆星的運動速度後，就能計算出中心物體的質量。如果中心物體質量的逃逸速度等於光速，那麼光線也不能逃離，這就間接證明了黑洞的存在。
但是，到目前為止，人們還沒有取得黑洞的直接觀測圖像。
冬哥譜科
我們都知道，銀河系的主宰是一個超大質量的黑洞，整個銀河系都在圍繞著它運行，另外我們還知道，黑洞是一種密度極大、時空曲率極高、體積極小、引力極強的天體，在黑洞的事件視界之內連光都不能逃脫，也就是說，我們是看不見黑洞的。那麼問題就來了，既然我們看不見黑洞，那憑什麼說黑洞就是真實存在的呢？
事實上，至今為止，黑洞都沒有被直接觀測到，但科學家們通過其他的方式找到了黑洞存在的最直接的證據！我們先上圖。
上面這張圖是美國加州大學洛杉磯分校的科學家，利用夏威夷島上的凱克望遠鏡，對銀河系中心的一些巨大的恆星進行了長期追蹤，花了20年的時間繪製而成。解釋一下，圖中心的那個五角星就是銀河系的中心位置（它是畫上去的，事實上那裡什麼都看不見），其他的那些光球就是銀河系中心附近的恆星。
從上圖我們可以看到，銀河系中心的恆星都在圍繞著一個未知的天體進行公轉運動。眾所周知，地球之所以圍繞太陽公轉，是因為太陽的質量遠遠大於地球，同理，這個未知天體的質量也應該遠遠大於圍繞著它公轉的恆星。雖然這個未知的天體看不見，但是那些明晃晃的恆星卻非常容易觀測到，科學家可以直接測量到相關恆星的質量，並利用物理學的相關公式，計算出這個未知天體的質量，通過計算，得出這個未知天體的質量約為420萬個太陽的質量。
得出了質量後，現在再來看看這個未知天體的體積。我們可以看到，在這些恆星中，有幾個恆星的軌道幾乎是擦著這個未知天體的邊上而過，這就說明這個未知天體的體積是相當的小。這很好理解，如果它體積大了，當恆星運行到它附近的軌道時，就會被吞噬掉。同樣的，科學家根據對相關恆星的測量數據計算出了這個未知天體的半徑約為1200萬公里。
現代物理學指出，當一個物體的半徑小於其史瓦西半徑時，就被稱之為黑洞，比如說地球的史瓦西半徑約為0.9釐米，也就是說把地球這麼大質量的物體，壓縮成半徑0.9釐米的球體，地球就成了黑洞。其計算公式如下：
其中G代表引力常數、C代表光速、M是物體的質量，r則為史瓦西半徑，科學家將這個未知天體的數據代入公式，其計算結果是這個未知天體的半徑小於其史瓦西半徑，由此確定這個未知天體就是一個真實存在的黑洞。因為除了黑洞以外，沒有任何的天體能夠有同樣的表現。
這是典型的排除法，就好像一個屋子裡丟了一件東西，如果當時屋子裡有5個人，但其中的4個人都有確切的證據表明東西不是他們拿的，那麼剩下的那個人肯定就是小偷了。利用同樣的方法，科學家們還在宇宙空間中找到了不少另外的黑洞，例如天鵝座X1。
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魅力科學君
黑洞論證的由來
自從1915年，愛因斯坦大神發表了場方程，建立了廣義相對論。
R_uv-1/2*R*g_uv=κ*T_uv（Rμν-（1/2）gμνR=8GπTμν/（c*c*c*c） -gμν）
在同年，一個遠在第一次世界大戰前線的德國炮兵上尉：卡爾·史瓦西 Karl Schwarzschild迷上了這個方程式，開始了瘋狂的計算，得到了場方程的第一個精確解，一個特殊解。
此即球對稱外引力場的史瓦西解。
基於這個解，確認瞭如果太陽壓縮到半徑3公里以內，或地球壓縮到巧克力豆這麼大時，中心點的時空會彎曲到無窮大，時空彎曲成為一個無論在那個維度都是“向下”的深深的洞。
這算是黑洞概念的第一次確定的提出。
史瓦西還給出了一個半徑公式：
當v=c時，就可以得到一個光恰好不能逃脫天體引力而飛到星際空間瞬間時的天體半徑臨界值。
這其實就是我們現在能觀察到黑洞的視界半徑。
黑洞真的存在嗎？
宇宙中可能存在這麼一種難以想象的天體嗎？
給當時科學界帶來難以想象的震動，這到底是科學的幻想，還是確實存在？
雖然，隨後不少科學家都參與到了黑洞的討論中，也讓黑洞理論越來越豐富且準確，卻遲遲沒有找到任何有效證據。
在科學界有一條最重要的科學信條：“非同尋常的主張，需要非同尋常的證據”。
於是，科學界開始了尋找黑洞證據之旅。
上世紀70年代，有人認為曾今觀察到的6000光年外，放出非常強烈X光的一個觀察現象十分符合黑洞理論。
因為物質向黑洞墜落的過程中，會形成一個大漩渦，叫吸積盤。吸積盤中氣體高速摩擦發出X光。但這最多算是一個間接證據。
其實，類似這樣的間接證據，也是非常少的。直到2007年，科學家也只找到17個黑洞候選者。
第一個直接證據的出現
2015年9月14日 9:51(北京時間17:51分)
美國“激光干涉引力波天文臺”（LIGO），位於美國華盛頓州漢福德區Hanford和路易斯安那州的利文斯頓Livingston的兩臺引力波探測器同時探測到了一個引力波信號。
LIGO把這次發現命名為GW150914。
這一引力波首先到達Livingston探測器，7毫秒之後到達Hanford探測器，這意味著引力波源位於南半球天區。“另外，我們還推定這一合併後產生的黑洞存在自轉，這種自轉的黑洞最早是在1963年由數學家克爾（Roy Kerr）提出的。
2016年6月16日，LIGO科學合作組織在美國天文學會第 228 次會議舉行的新聞發佈會上，向全世界宣佈這個持續了不到2秒的信號正是兩個黑洞合併產生的引力波信號。
這些信號在宇宙中穿行了13億年，才抵達地球。同時LIGO還確認了第二次探測到的 GW151226 【Gravitational Wave 2015-12-26】也是一次引力波事件。
而引力波的本質是時空曲率的波動，也可以唯美地稱之為時空的“漣漪”。是構建黑洞理論的直接證據。
至此，黑洞從被正式提出到被證實，恰好是100年。
用生命去追尋真理，為科學家的精神致敬。
想法捕手
所謂“眼見為實”，證明一個物體存在的直接證據就是看到了，當物體反射的太陽光經過角膜、晶狀體、玻璃體等的透射以及折射，再投射到視網膜上時，就被人眼看到了，這是日常人眼“探測”到物體的原理。
同理，太空探測器的探測恆星以及行星也是類似的原理：
1、電磁波反射探測。電磁波包括了無線電波、紅外光、紫外光、可見光等，著名的哈勃望遠鏡就是探測紫外光到近紅外光整個波段，戈達德高解析攝譜儀主要工作在紫外波段。這是直接觀測。
圖示:哈勃望遠鏡
2、引力波探測。所謂引力波形象的理解就是在太空中的波紋，根據愛因斯坦廣義相對論原理，大質量的天體會產生時空彎曲，當兩個大質量的天體相互旋轉時，所引起的扭曲的時空也在運動，這就產生了空間漣漪，即引力波。通過探測大質量天體引起的引力波就可以探測到大質量的天體。這是間接觀測。
圖示:黑洞想象圖
黑洞是一種極為特殊的天體，其質量大到電磁波都無法逃離其視界，因此黑洞無法直接觀察，目前關於黑洞的探測都是間接的：
1、通過伴星等天體發現。
原理是這樣的，如果一隻小狗一直圍繞著一個點在繞圓圈，即使我們無法看到牽著小狗的繩子和圓心，但我們可以想象出這個小狗必然被一根系在圓心處樹樁上的隱形繩子牽引著。
人類最早發現的天鵝座X-1黑洞就是這麼發現的，天鵝座X-1座中一顆巨大的藍色星球就是被一個探測不到的天體牽引著繞圈，科學家猜想充當中間“樹樁”角色的就是一顆約10倍太陽質量的黑洞。
2、通過引力波探測。
2016年2月11日，LIGO科學合作組織和Virgo合作團隊就是通過探測引力波引號探測到了一對雙黑洞天體，這種方法也是間接觀測，不是直接觀測到黑洞的方法。
圖示:位於美國的引力波探測器
以上就是目前探測黑洞的方法，均為間接的，正因為這個原因，黑洞的存在一直飽受爭議。
今天的科普就到這裡了，更多科普歡迎關注本號！
核先生科普
在空間站，漏氣，發現了一個小黑洞。
有點慢10
目前有16個待證實的黑洞，只有在15年的引力波被兩處引力探測器探測到，過了一年後分析才得到結論的引力波，這個引力波來自兩個黑洞得合併產生，雖然極其微弱，也只有2秒，但這就是間接證據，黑洞從來沒有直接證據！
天體物理愛好者
目前你所看到的黑洞圖片全是想象的，是藝術家的作品，而不是真實的圖片。因為黑洞的體積太小，巨大的引力把眾多的恆星引到它周圍，又不斷的吞噬各種物質，包括光，把它掩蓋了。
