在《自然》（Nature）雜志最近刊載的一項新研究中，我國科學家領(lǐng)導(dǎo)的一個國際研究團隊,，通過對黑洞的觀測分析，再次證明了愛因斯坦廣義相對論的正確性,。

如果要說對廣義相對論最直觀的證明,，當屬2019年公布的第一張黑洞照片。天文學家利用事件視界望遠鏡（EHT）捕捉到了M87星系中心的超大質(zhì)量黑洞,，從中可以看到明亮的圓盤繞著一個黑色的區(qū)域,，這是人類第一次直接觀測到黑洞,。這個黑洞的質(zhì)量為太陽的66億倍，與地球相距5350萬光年,。

廣義相對論本質(zhì)上是一種引力理論,，它通過時空幾何效應(yīng)來描述引力作用，由此可以比牛頓萬有引力定律更加精確預(yù)言天體運動,。尤其是在極端引力場的情況下,，牛頓引力理論的預(yù)言誤差很大，此時只能利用廣義相對論來描述,。過去百年來,，天文學家不斷觀測強引力場中的引力現(xiàn)象，以此在嚴苛條件下來檢驗廣義相對論,。

黑洞是廣義相對論的一個重要預(yù)言之一,。根據(jù)廣義相對論，當把一個物體的尺寸壓縮到足夠小的程度,，也就是小于自身史瓦西半徑時,，它就會無限坍縮成一個奇點，其極端的引力會扭曲周圍的時空,，將奇點包裹起來,，使得光進入這樣的空間中無法逃脫，這樣就成了不發(fā)光的黑洞,。

由于黑洞自身不發(fā)光,，過去都是通過間接方法來研究黑洞的存在。直到事件視界望遠鏡投入使用,，才讓直接觀測黑洞成為可能,。

雖然黑洞本身是黑的,，但它們會吞噬周圍的物質(zhì),。當這些物質(zhì)在螺旋掉入黑洞的過程中，在黑洞極端引力的作用下,，物質(zhì)之間相互劇烈摩擦,，可以轉(zhuǎn)變成巨大的能量,，其質(zhì)能轉(zhuǎn)換效率最高可達40%，而氫核聚變的質(zhì)能轉(zhuǎn)換效率僅有0.7%,。

于是,，在一些黑洞周圍，就會形成一個發(fā)光的明亮圓盤,，這就是吸積盤,。事件視界望遠鏡觀測到黑洞的發(fā)光部分即為吸積盤，而黑洞本體就位于吸積盤的中間,。

在垂直于吸積盤方向,，還會有一些物質(zhì)被以接近光速的速度噴射出來,，這就是黑洞噴流。據(jù)估計,，M87星系中心超大質(zhì)量黑洞的噴流長度可達5000光年,。

此外，黑洞自身也在自轉(zhuǎn),。如果黑洞自轉(zhuǎn)軸方向與吸積盤噴流方向不重合,，隨著黑洞的自轉(zhuǎn)，就能觀測到噴流出現(xiàn)周期性擺動,。此次天文學家觀測到了M87星系中心超大質(zhì)量黑洞的噴流擺動,，周期為11年，由此也證實了這個黑洞在自轉(zhuǎn),。

根據(jù)廣義相對論,，對于黑洞這種產(chǎn)生極端引力場的天體，在自轉(zhuǎn)過程中,，還會對周圍的時空產(chǎn)生顯著的系拖拽,，這就是所謂的參考系拖拽效應(yīng)。在這項新研究中,，天文學家詳細觀測了參考系拖拽,，結(jié)果表明完全吻合廣義相對論的預(yù)言。

再過幾天,，一年一度的諾貝爾物理學獎又要公布了,。雖然愛因斯坦并沒有因為廣義相對論而獲得諾獎，但廣義相對論作出了諸多的預(yù)言都被天文觀測一一證實,，其中包括引力波,、黑洞，多位物理學家也因此獲得了諾貝爾物理學獎,。

參考文獻

[1] Yuzhu Cui, Kazuhiro Hada, Tomohisa Kawashima, et al. Precessing jet nozzle connecting to a spinning black hole in M87, Nature, 2023, 621, 711-715.