2019年4月10日，科學家們拍到了黑洞的首張照片，在科學界一片沸騰的時候，也有人惋惜那位叫史蒂芬•威廉•霍金的老人沒能看到令他著迷了一輩子的天體究竟是什麼樣子。黑洞究竟是什麼？為什麼直到2019年才得以拍攝成功？本文接下來就會討論這些問題。
黑洞的定義是：黑洞是時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體（引自百度百科）。簡單來說，就是沒有一種物質能逃離黑洞，連宇宙中速度最快的光也會被吞沒掉。但筆者在約八、九年前看到關於黑洞的定義與此不同，那時對黑洞的定義是：質量無限大，體積無限小的天體。為什麼時隔多年，黑洞的定義被修正了呢？一開始物理學家們認為，黑洞的引力是無限大的，而根據萬有引力公式可知，在物體質量無限大體積無限小的時候，萬有引力可以達到無限大，這時候連光都無法逃逸。
被高質量天體扭曲的時空
但緊接著問題就來了：找一種質量無限大而體積無限小的東西似乎不太可能。霍金自己後來也承認，這樣的“黑洞”是不存在的，那些被認為是黑洞的天體其實都具有一定的體積和質量。後來科學家們決定提出“時空曲率”的概念，並由此對黑洞的定義進行修正。
科學家們認為，我們所處的時空就像一張柔軟的床單一樣可以變形，物體放上去會把“床單”往下壓一點點。而黑洞由於質量很大體積比較小，就讓時空“床單”下陷太多太多了，這就造成光也從這個下陷的坑裡跑不出去。這個下陷的程度，就叫做“時空曲率”。時空曲率越大，也就是“下陷”程度越大，天體的引力就越大，物體想要逃離這種天體的難度就越大。
由於光難以逃脫黑洞，人們自然沒辦法用通常的辦法觀測黑洞。那黑洞又是如何被發現的呢？這要說回愛因斯坦剛剛發表廣義相對論相關論文的時候了。愛因斯坦發表論文一個月左右時，德國物理學家卡爾•史瓦西就得出了愛因斯坦場方程的精確解，而這個精確解又能得出如下結果：如果某個天體全部的質量都壓縮到一個很小的特定範圍內，此時所有的物質和能量都會被困在這個範圍內無法逃逸出去，即使光也如此。由於人們在對天體進行觀測的時候，往往是通過觀測天體拋出的物質或者能量（比如光、或者一些特定的電磁波），而沒有東西可以被黑洞拋出，人們就很難觀測到這個空間的存在，“黑洞”也因此被定名了，這也可以說是黑洞的發現。
工作中的卡爾·史瓦西。這位科學家在論文發表前就遺憾離世了。
此後科學家們便一直在尋找證據證明黑洞的存在，更是一直在嘗試探測黑洞。雖然他們也拿出了一些理論和觀測的證據證明了黑洞存在，但如果能直接觀測黑洞，不但能極大推動理論的進步，也是十分鼓舞人心的事情。科學家們發現，雖然我們無法看見黑洞本身的樣子，但我們可以看到黑洞的邊緣。黑洞本身存在著極為強大的引力，可以極大影響到周圍的物質，於是人們就想到了利用觀測黑洞周圍的異常現象觀察黑洞，以及觀察黑洞和周圍天體的相互作用。但即使如此，我們對黑洞的觀測也異常艱難，畢竟黑洞體積實在太小了，雖然從數值上講它們體積很大，但由於它們據我們太遠了，而且由於宇宙塵埃的存在，我們沒有辦法用光學顯微鏡觀察黑洞。
那怎麼辦呢？我們可以用“天眼”一樣的射電望遠鏡啊！如果把世界上的射電望遠鏡都聯合起來探測黑洞發出的無線電波(無線電波不會被宇宙塵埃阻擋)，然後協調這些望遠鏡的觀測數據，那麼就形成了一個巨大的虛擬望遠鏡，並且這個虛擬望遠鏡的口徑相當於地球的直徑。因為數據龐大會造成網絡崩潰，望遠鏡觀測到的數據甚至得裝在硬盤裡送到美國進行進一步計算。
第一張黑洞真實照片
好在功夫不負有心人，在經過科學家們的一番攻堅克難之後，第一張黑洞照片問世了。這張照片除去本身的科研價值，也足以激勵後人，告慰先靈。從黑洞概念被提出到如今真實被觀測到已經過了兩百餘年，物理學家們前仆後繼，不斷完善著理論。黑洞還有著許許多多不尋常的物理性質，這些都是很值得研究和探索的。也許研究難度之大與天體現象之趣，就是霍金為黑洞著迷的重要原因吧。
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