【科普文分享】研究:人類史上首張黑洞照 大幅縮窄廣義相對論可修正範圍/Alan Chiu
//去年全球超過 60 個科研單位組成的事件視界望遠鏡 (Event Horizon Telescope, EHT) 無線電望遠鏡網絡首度發表黑洞照片,對愛因斯坦的廣義相對論有更多的支持,而 EHT 團隊最新刊於 Physical Review Letters 的研究則指,今次發現大幅縮窄廣義相對論可修正的範圍,至之前的 500 分之一。
廣義相對論是一種關於重力的理論,在 1915 年由愛因斯坦完成。理論指物質之間的重力來自於時空的扭曲。
黑洞通常不會產生陰影,因為它們不是阻止光通過的固態物體。相反,黑洞與光會有互動,黑洞會將光拉向自己。雖然光無法逃離黑洞內部,但光線有可能在事件視界附近或無法返回的區域逃脫,中間的空間看便起來像是陰影。
由於黑洞的引力非常大,會扭曲空間與時間,因此實際上它就如放大鏡一樣,使陰影看起來比實際的大。團隊測量了這種扭曲,發現黑洞陰影的大小與相對論方程式計算出的吻合。
有撰寫報告的新澤西高級研究所研究員 Lia Medeiros 在聲明中表示,這只是開始,研究顯示黑洞圖片可能可用來測試重力理論,一旦在我們的銀河系中心拍得黑洞圖片,並在未來的 EHT 觀測中加入更多望遠鏡陣列,類似的測試能力將會變得更強大。
另一有撰寫報告的亞利桑那大學天體物理學教授 Feryal Özel 則在聲明中指,根據團隊開發的量規,發現 M87 黑洞陰影的測量大小,令愛因斯坦廣義相對論須修改的餘地縮窄至 500 分之一。他又表示,在是次新的更嚴格黑洞陰影測試中,許多修改廣義相對論的方法都失敗。
領導的亞利桑那大學天體物理學教授 Dimitrios Psaltis 指,發現與重力波觀測一起,標誌著黑洞天體物理學新時代的開始。
到目前為止,相對論已通過了所有的考驗,但還需要進一步研究以確認它是否與天體物理學相吻合。//
同時也有1部Youtube影片,追蹤數超過62萬的網紅老王頻道,也在其Youtube影片中提到,自從愛因斯坦的廣義相對論預言了黑洞的存在,科學家就開始了尋找黑洞之旅。直到霍金的出現,人們關於黑洞的研究才有了巨大的飛躍,霍金提出的奇點理論和霍金輻射都是解釋黑洞的基礎理論。宇宙中有無數的黑洞,不止質量不一樣,連大小也不一樣,而宇宙中最大的黑洞被稱為超級黑洞,它的直徑與地球相當,質量卻至少是太陽的數...
m87 大小 在 C.C.M Math Facebook 的精選貼文
【數感生活——用黑洞的望遠鏡,能在多遠的距離看見塵蟎💩💩】
昨天,人類史上第一次看見黑洞了!
科學家們利用事件視界望遠鏡,捕捉到了位在5500萬光年外的M87黑洞。關注此事件的朋友,一定有注意到黑洞照片上使用的單位是「40 微角秒(μas)」,微角秒是角度單位,就跟數學課本上的1個圓360「度」,或者2π「弧度」一樣。稍微換算給各位參考
1度=60角分=3,600角秒。
1角秒=1,000毫角秒=1,000,000微角秒。
從分到秒使用的是易於分割的60進位制,但再細分下去,又回到了我們常用的1000進位(或你可以說10進位)。
至於為什麼會選擇用角度作為單位,我們先想想,你可以看見眼前的螞蟻,同時也能看見遠方的101。「看見」取決於物體大小和距離。
再回想高中數學有教過,當角度很小的時候,tanθ的直近似於用θ來近似。
tanθ是「對邊/鄰邊」,恰恰好就是「黑洞大小/我們與黑洞的距離」(差點寫成我們與惡的距離)。
※
此次相關新聞的科普做得非常好,用了很巧妙的比喻來描述40微角秒是怎樣的感覺:
1.在巴黎咖啡廳看一份紐約的報紙
2.在地球上看月球上的一顆柳丁
這些譬喻都遠勝於原本的
看見5500萬光年外,半徑300AU的黑洞闇影(註)。
用數學的比來表示,可以得到40微角秒大約是
距離:大小 = (10的10次方):2
這樣的概念。
用這個關係來檢驗前面的兩個譬喻。首先,巴黎到紐約約是6000公里,40微角秒能讓你看到1.2mm的物體,報紙鉛字一定比這個大,不過考慮到字母形狀的微小差異(得分出u, v, w才能讀報啊!),1.2mm似乎是個合理的數字。
第二個例子,月球到地球的距離約是380,000公里,約能看見7.6cm的物體,差不多是一顆柳丁。
※
不過對我來說這個距離都還是太大,所以我們試著縮小距離,看看能看見什麼呢?
比方說,如果當你縮小到台北與台中的直線距離(約120公里),你大概就可以看見24μm大小的物體。我們查了一下,符合這個尺寸的物體,大概就是,嗯,塵蟎的大便!
如果縮短到10公里,相當於101到板橋的距離,大概能看見一顆剛剛好pm2.5大小的懸浮微粒。
如果再縮短到1公里,就,就要看見染色體了啊!!!
實在是很難舉出一個非常有感的譬喻,畢竟這個分辨率太大,要嘛得把距離拉到超乎想像,不然就得把物體縮小到比塵蟎的便便還小。只能說在這麼偉大的科技下,人類真的是很渺小。
而這則天文、物理界的盛事,其實隱藏了角度、進位、比、大數字、單位、三角函數等各種數學。從國小到高中,都有能做為課堂教材的部分。
驗證了天文界的大前輩伽利略所說的話:
「數學,是大自然的語言。」
註:方便各位計算的資訊:
1光年 ≈ 9.46×(10的15次方)公尺
1AU ≈ 1.5×(10的11次方)公尺
1微角秒 ≈ 4.85×(10的-12次方)弧度
用這些單位與新聞的概略數字算出來,你會得到黑洞闇影的角度約36微角秒。
Photo source: modified by EHT
m87 大小 在 Icu醫生陳志金 Facebook 的最讚貼文
【黑洞】的數感
天文學家說,看見5500萬光年外,半徑300AU的黑洞闇影,那是怎麼的感覺?
他們說,就好比是
1.在巴黎的咖啡廳看一份紐約的報紙
2.在地球上看月球上的一顆柳丁
賴以威 (I-Wei Lai)老師的比喻,我比較有感:
就好比是從台北看見台中(直線距離約120公里)的一隻塵蟎..... 的大便!^_^
【數感生活——用黑洞的望遠鏡,能在多遠的距離看見塵蟎💩💩】
昨天,人類史上第一次看見黑洞了!
科學家們利用事件視界望遠鏡,捕捉到了位在5500萬光年外的M87黑洞。關注此事件的朋友,一定有注意到黑洞照片上使用的單位是「40 微角秒(μas)」,微角秒是角度單位,就跟數學課本上的1個圓360「度」,或者2π「弧度」一樣。稍微換算給各位參考
1度=60角分=3,600角秒。
1角秒=1,000毫角秒=1,000,000微角秒。
從分到秒使用的是易於分割的60進位制,但再細分下去,又回到了我們常用的1000進位(或你可以說10進位)。
至於為什麼會選擇用角度作為單位,我們先想想,你可以看見眼前的螞蟻,同時也能看見遠方的101。「看見」取決於物體大小和距離。
再回想高中數學有教過,當角度很小的時候,tanθ的直近似於用θ來近似。
tanθ是「對邊/鄰邊」,恰恰好就是「黑洞大小/我們與黑洞的距離」(差點寫成我們與惡的距離)。
※
此次相關新聞的科普做得非常好,用了很巧妙的比喻來描述40微角秒是怎樣的感覺:
1.在巴黎咖啡廳看一份紐約的報紙
2.在地球上看月球上的一顆柳丁
這些譬喻都遠勝於原本的
看見5500萬光年外,半徑300AU的黑洞闇影(註)。
用數學的比來表示,可以得到40微角秒大約是
距離:大小 = (10的10次方):2
這樣的概念。
用這個關係來檢驗前面的兩個譬喻。首先,巴黎到紐約約是6000公里,40微角秒能讓你看到1.2mm的物體,報紙鉛字一定比這個大,不過考慮到字母形狀的微小差異(得分出u, v, w才能讀報啊!),1.2mm似乎是個合理的數字。
第二個例子,月球到地球的距離約是380,000公里,約能看見7.6cm的物體,差不多是一顆柳丁。
※
不過對我來說這個距離都還是太大,所以我們試著縮小距離,看看能看見什麼呢?
比方說,如果當你縮小到台北與台中的直線距離(約120公里),你大概就可以看見24μm大小的物體。我們查了一下,符合這個尺寸的物體,大概就是,嗯,塵蟎的大便!
如果縮短到10公里,相當於101到板橋的距離,大概能看見一顆剛剛好pm2.5大小的懸浮微粒。
如果再縮短到1公里,就,就要看見染色體了啊!!!
實在是很難舉出一個非常有感的譬喻,畢竟這個分辨率太大,要嘛得把距離拉到超乎想像,不然就得把物體縮小到比塵蟎的便便還小。只能說在這麼偉大的科技下,人類真的是很渺小。
而這則天文、物理界的盛事,其實隱藏了角度、進位、比、大數字、單位、三角函數等各種數學。從國小到高中,都有能做為課堂教材的部分。
驗證了天文界的大前輩伽利略所說的話:
「數學,是大自然的語言。」
註:方便各位計算的資訊:
1光年 ≈ 9.46×(10的15次方)公尺
1AU ≈ 1.5×(10的11次方)公尺
1微角秒 ≈ 4.85×(10的-12次方)弧度
用這些單位與新聞的概略數字算出來,你會得到黑洞闇影的角度約36微角秒。
Photo source: modified by EHT
m87 大小 在 老王頻道 Youtube 的最佳解答
自從愛因斯坦的廣義相對論預言了黑洞的存在,科學家就開始了尋找黑洞之旅。直到霍金的出現,人們關於黑洞的研究才有了巨大的飛躍,霍金提出的奇點理論和霍金輻射都是解釋黑洞的基礎理論。宇宙中有無數的黑洞,不止質量不一樣,連大小也不一樣,而宇宙中最大的黑洞被稱為超級黑洞,它的直徑與地球相當,質量卻至少是太陽的數十億倍, 如果你掉進黑洞會發生什麼?如果你掉進了一個黑洞,你可能以為自己馬上就會死掉嗎?事實上你的命運遠不止這麼簡單。我們總會在某個時候遇到這個古老的問題:一個人掉進黑洞後會發生什麼呢?你可能覺得這個人會被壓扁,或者被撕成碎片。但真相遠比你想像的更神奇
1:15 黑洞是個飢餓的野獸
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7:10 真實的樣子
8:01 M87星系的黑洞
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