北京時(shí)間 7 月 20 日消息，在黑洞附近，空間是扭曲的，以至于光線在黑洞周?chē)啻伟l(fā)生彎曲，這種現(xiàn)象在宇宙中普遍存在，雖然天文學(xué)家?guī)资昵耙烟綔y(cè)到該現(xiàn)象，但直到現(xiàn)在才有一個(gè)精確的數(shù)學(xué)公式進(jìn)行表達(dá)。這是丹麥尼爾斯?波爾研究所研究生阿爾伯特?斯奈本的研究成果，他提出的數(shù)學(xué)公式能恰當(dāng)?shù)孛枋龊诙慈绾斡绊懹钪嬷械墓饩€，該研究報(bào)告發(fā)表在近日出版的《科學(xué)報(bào)告》雜志上。
人們對(duì)黑洞很熟悉，黑洞是一種連光都無(wú)法逃脫的神秘引力團(tuán)，或許你可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)，空間和時(shí)間在黑洞附近會(huì)表現(xiàn)得很奇怪，至少空間會(huì)發(fā)生扭曲。
在科幻電影《星際穿越》中一個(gè)發(fā)光氣體漩渦進(jìn)入“卡岡都亞”黑洞，由于黑洞周?chē)目臻g是扭曲的，所以我們可以觀察它的遠(yuǎn)側(cè)，看到的僅是該氣體漩渦的一部分（被黑洞隱藏起來(lái)的）。目前，丹麥研究生阿爾伯特__斯奈本提出一個(gè)數(shù)學(xué)公式能恰當(dāng)?shù)孛枋龊诙慈绾斡绊懹钪嬷械墓饩€。
在黑洞附近區(qū)域，空間扭曲得非常嚴(yán)重，以至于光線會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，非常鄰近黑洞的光線偏轉(zhuǎn)較大，以至于它會(huì)環(huán)繞黑洞運(yùn)行數(shù)圈。因此，當(dāng)我們觀察一個(gè)遙遠(yuǎn)的背景星系（或者其他天體）時(shí)，我們可能會(huì)幸運(yùn)地多次看到同一個(gè)星系的圖像，盡管它越來(lái)越扭曲。
“多個(gè)版本的星系”
黑洞扭曲周?chē)饩€的機(jī)制很特殊，遙遠(yuǎn)星系向各個(gè)方向釋放光線，它的一些光接近黑洞時(shí)會(huì)發(fā)生輕微偏轉(zhuǎn)，有些光線甚至更接近黑洞，繞著黑洞旋轉(zhuǎn)一圈，之后逃脫黑洞引力束縛，按照鄰近黑洞的光線由遠(yuǎn)至近以此類(lèi)推，當(dāng)我們觀察更鄰近黑洞的光線時(shí)，所觀測(cè)到的不同扭曲偏轉(zhuǎn)程度的光線，可推演出相同星系的“多個(gè)版本”。
來(lái)自背景星系的光圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)的次數(shù)越多，它通過(guò)黑洞的距離就越近，因此我們可以在幾個(gè)方向上看到同一個(gè)星系
簡(jiǎn)單地講，如果我們站在黑洞之外的某個(gè)位置觀察，會(huì)有無(wú)數(shù)光的軌跡進(jìn)入我們的觀測(cè)范圍，讓我們看到同一個(gè)背景星系的不同版本圖像，隨著距離黑洞越來(lái)越近，光繞行黑洞的次數(shù)也就越多，人們所觀測(cè)到的圖像版本也更多。這意味著，如果從地球角度觀測(cè)就會(huì)發(fā)現(xiàn)黑洞圖像會(huì)變得越來(lái)越“壓縮”，越鄰近黑洞的圖像就越被“拉扯”趨近環(huán)形結(jié)構(gòu)，發(fā)生扭曲變形。對(duì)此物理學(xué)家提出困擾多年的一個(gè)問(wèn)題：從一張黑洞圖像到下一張圖像的變化，意味著需要向黑洞靠近多少程度？
事實(shí)上，這個(gè)答案早在 40 年前就已得出，大約是 500 倍，目前更準(zhǔn)確地講該答案是“2π 的指數(shù)函數(shù)”，即 e2π，相當(dāng)于 535.4916555247647 倍。
計(jì)算該數(shù)據(jù)是非常復(fù)雜的，以至于幾十年以來(lái)，科學(xué)家始終未推算出一種合理的數(shù)學(xué)和物理理論，來(lái)解釋為什么大約 500 倍的根源，但是宇宙黎明中心研究生斯奈本運(yùn)用一些微妙的數(shù)學(xué)技巧，成功地使用數(shù)學(xué)公式恰當(dāng)描述黑洞如何影響宇宙光線，據(jù)悉，宇宙黎明中心是尼爾斯?玻爾研究所和 DTU 空間研究所的一個(gè)基礎(chǔ)研究中心。
斯奈本解釋稱，現(xiàn)在理解為什么這些黑洞圖像會(huì)以如此微妙的方式重復(fù)，是一種非常有趣的事情，最重要的是，這將提供新的機(jī)會(huì)衡量我們對(duì)引力和黑洞的理解認(rèn)知。
使用數(shù)學(xué)方法證明某種宇宙現(xiàn)象具有一定的說(shuō)服力，事實(shí)上，這使我們更接近理解神秘的黑洞現(xiàn)象?！?00 倍”因子直接來(lái)自于黑洞和引力的工作原理，所以重復(fù)黑洞圖像現(xiàn)成為一種檢查測(cè)試引力的重要方法。
旋轉(zhuǎn)的黑洞
從“正面角度”觀測(cè)到的黑洞周?chē)挠钪婀?，也就是我們?nèi)绾螐牡厍蛏嫌^察它。結(jié)果顯示，我們?cè)浇嚯x觀察黑洞，星系的“額外圖像”就越被擠壓和扭曲
e2π 這一數(shù)學(xué)公式直接與黑洞以及引力運(yùn)行方式有關(guān)，該方法不僅適用于最簡(jiǎn)單的“史瓦西黑洞”數(shù)學(xué)模型，同樣能推廣適用于旋轉(zhuǎn)黑洞，事實(shí)上，旋轉(zhuǎn)黑洞在宇宙中更為常見(jiàn)。
斯奈本解釋稱，當(dāng)黑洞旋轉(zhuǎn)得非常快，就不必再以 500 倍的系數(shù)接近黑洞，而是該數(shù)值明顯下降。事實(shí)上，伴隨著越接近黑洞，每張黑洞的變化系數(shù)將減少，降低至 50 倍、5 倍，甚至在接近黑洞邊緣是為 2 倍。
每一張新圖像都要比前一張接近黑洞 500 倍，越接近黑洞就意味著這些圖像很快就會(huì)“壓縮”成一個(gè)環(huán)狀圖像，最終我們可能有許多圖像都很難觀測(cè)到。但當(dāng)黑洞旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)有更多的空間來(lái)容納“額外圖像”，斯奈本稱，所以我們希望在不久的將來(lái)通過(guò)深入觀測(cè)進(jìn)而證實(shí)該理論，這樣不僅能了解黑洞，還能更深入洞察黑洞所在的星系秘密。
光在黑洞中傳播時(shí)間越長(zhǎng)，其環(huán)繞黑洞的次數(shù)就越多，因此圖像的“延時(shí)效果”就越明顯，例如：如果某顆恒星在背景星系中爆炸成為一顆超新星，人們就能一次次地看到此類(lèi)爆炸。
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