梁文道：“看见”黑洞，看见科学的诗意

本文转载于：虎嗅网  来源于：微信公众号：看理想  作者：梁文道

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这几天你可能已经看过无数次那张黑洞的照片了，许多朋友很兴奋地说：总算看到黑洞的样子了；也有人说：总算看到黑洞的照片了。不知你是否注意到，这两句话实际上是完全不同的意思。首先需要澄清的一点：严格意义上说，黑洞是无法被看见的。

1. 吞噬光的黑洞，是如何被“拍摄”出来的？

如果你仔细观察这次“冲洗”出黑洞照片的整个跨国性项目，它的完整名称叫做the Event Horizon Telescope（事件视界望远镜项目），这里的“视界”翻译自horizon，也就是我们平常所说的“地平线”。

全球共同协作的事件视界望远镜项©️Event Horizon Telescope Collaboration

要知道，我们人类平常在这个世界上观看任何事物其实都需要horizon（视界或者地平线）的，也就是需要有一条遥远的模糊的边界。这条边界比我们想象得更重要，如果没有这样一个基本的定位、定向的框架，我们其实是无法观看或者理解我们眼前所呈现的图像的。

所以很多学者，尤其是从事哲学研究的人都会说，horizon是我们看待事情的一个基本条件和前提。

而黑洞的事件视界，指的就是围绕黑洞的时空边界，任何物质，包括光线，一旦到达黑洞，都会到达一个临界点，越过之后就将吞噬不见，再也无法返回。当然理论上黑洞还会放射出所谓的霍金辐射，但这是另一个问题了，暂时不在这里作更多科普。

电影《星际穿越》中展现的黑洞事件视界 © Paramount Pictures

如果根据这种讲法，可以理解，连光都无法逃离黑洞，而失去光线，我们人类是无法观测任何事物的，所以理论上黑洞是不可能被“看见”的。可是，拍摄照片同样也是需要光线的，如果黑洞会吞噬光，那我们又是如何拍到黑洞照片的呢？

准确地说，这次拍摄到的并不是黑洞本身，而是利用黑洞边界上的物质所发出的辐射，勾勒出的黑洞的轮廓。

仔细看这张照片，我们看到的是一个很符合我们想象中的黑洞的样子，一个黑色的圆环状物体或者一个暗影位于中部，围绕着它的是一圈橙色的光圈。而我们其实也是透过光圈看到了中间的暗影，用一个不恰当的比喻，我们看到的不是直接的物体，而是这个物体的投影。

实际上，那些光源只不过是被黑洞吸入的星际物质，甚至有可能是被黑洞无比强大的重力拉扯而产生的恒星碎片，这些碎片加速到了极高的速度，掉进黑洞之中，构成了一个温度非常高的围绕着黑洞的“盘”，这个盘状结构就是学者们所说的“吸积盘”。

它在落入黑洞之前释放出了大量的辐射，我们所看到的光圈其实就是这些辐射。可问题在于，其实人类肉眼的可见光范围也无法观测到这些辐射，它们处于微波范围内。

©️ EHT collaboration, (2019) ApJ.

所以，黑洞照片上呈现的光圈，其实也是科学家为了让我们能够更清晰地理解和观看，通过计算机复杂的处理过程，修制出来的。

而且橙色部分也是科学家们染上的，因为这些光由于无法看见，也就基本没有颜色可言，但是橙色很接近于我们直观的印象，那一圈光是温度极高的吸积盘，用橙色更能够体现这种感觉。

2. 黑洞照片，用直观证据让科学更具有说服力

你现在可以理解了，这张照片是经过修饰的，而且是用了长达两年的时间通过极其复杂的计算和处理而“冲洗”出来的。

尽管这张“照片”和我们通常理解的照片有不小的出入，但这一次拍摄在科学史上依然非常具有意义，比如很多人说这张照片再一次验证了广义相对论，更精确地说，它是再次验证了广义相对论关于黑洞的说法。

也有很多人认为它证明了黑洞的存在，但是这个讲法依然不够精准，实际上我们先前就已经用多种方式多次证明了黑洞的存在，让它不再是一个理论上的概念。

在我看来，这张照片最有意义的部分，其实是对于我们公众而言的，或者说对于我这种科学的外行人——就如许多研究者所说，它向我们提供了一个直观证据。

所谓“直观证据”，英文即Direct visual evidence，这种影像的直观对于我们平常人理解黑洞，其实是带有一定的说服功能的。

也就是说，通常我们仍然有一个根深蒂固的信条，那就是“眼见为实，眼见为凭”，即便我们都知道“黑洞”这个词，但由于我们根本无法肉眼看见，所以常常会认为它依然是遥远的、有距离的，甚至是带着可疑的。但一旦让普通人看到了一张明确的照片，就变得更具说服力了。

美剧《生活大爆炸》

其实，人类自古以来很多科学观测，都不是直接的，也不是由肉眼直接观测的。比如古人观测日食现象，也要透过水的倒影来观看，因为直接面对太阳会刺激而且伤害我们的眼睛。

在科学观测上，我们往往是间接地通过别的方法来进行，这就不免要说到伽利略与望远镜的关系。

伽利略做的非常重要的一件事，就是使用望远镜来观测月亮以及天体，他其实并不是第一个这样做的人，但只有从他开始，望远镜才真正变成一种全面观测星空，（并且更重要的是）证实了哥白尼学说的一种工具和仪器。

望远镜本身，成为了一个人的肉眼的延伸，通过它所看到的图像，在当时极具爆炸性，这正是因为它有很强的说服力。它也是提供了一种直观证据，由此证明了哥白尼的《天体运行论》——这部在1543年出版的不朽的科学著作。 伽利略之所以后来被人认为是“近代科学之父”，就是因为他是利用了一种实际观测的方法来进行科学研究，这被视作是整个近代科学的基础。

3. 视觉图像，是科学产生说服力的一种重要修辞

需要特别强调一点，科学在这里包含两个层面：第一，观测及视觉上的元素，是我们用来进行科学研究、发现科学成果必不可少的一个工作，没有实证的观测就不称其为科学，这是近代对科学的理解。

而另一方面，它是科学在传布以及向公众产生说服力的一种重要的修辞要素。

伽利略所处的年代，开始注重观测，并把观测的结果通过绘图的方法表达出来，接受公众的观看。这样的做法在那个时代，是否有让你觉得跟另一件事好像很巧合？没错，正是文艺复兴晚期，“透视法”已经全面推展开来。

所有绘画都会用上透视法，而透视法被认为是一种十分科学的观看方法，以及艺术上的一个必要的金科玉律。

文艺复兴时期的绘画透视法

其实后来很多科学史家及艺术史家在探讨这段过程的时候发现，文艺复兴时期采用的大量艺术上的透视法技巧，对于那个年代开始出现的近代科学精神，其实是有直接影响的，或者说这两者是有相互作用、相互影响的。 

相信观测应该是客观的，应该是越写实越好，而观测的结果是极端重要的——这样一种概念，无论在艺术表现上，还是在科学研究上，实际是双轨并进的一种想法。

为什么科学还要利用视觉元素去提高它对公众的说服力？这其实是非常自然的，很多现代的科学史家及科学研究者极力想说明这一点，就是这些科学图像是科学家交流和争论的基础，视觉图像有非常强大的说服和修辞的力量，能够使得科学家在种种论辩之中，获得一种更具优势的地位。

这也正是因为我们大部分人，依然还是会很直观地相信自己眼睛所看到的东西，哪怕那些看得到的图像，其实也是经过观测的仪器、经过人手绘画，乃至于经过计算机处理制作出来的。

而很多原来我们无法看到的东西，通过种种仪器和处理方式，让我们“看到”了，但那已经再也不是传统意义上的“看到”了。比如去医院照MRI，用雷达观测一架飞机，用声呐探测一艘潜艇，这里种种所谓“看到”都不再是传统上的含义，而是利用不同仪器间接创作出的一些图像，让我们掌握真实。

有一个很经典的例子，那就是科学史家史蒂芬·谢平（Steven Shapin）和赛门·夏佛（Simon J. Schaffer）合著过一本极具影响力的作品：《利维坦与空气泵浦：霍布斯、波以耳与实验生活》，他们就重新谈到当年霍布斯和波以耳关于真空泵浦的争论，那场争论最后的获胜者都被认为是波以耳，为什么？

他们就认为，主要由于波以耳尽可能栩栩如生地，非常真实地把他的整个实验过程描绘了出来，用写实版画的方法提供视觉辅助，让每一位读者和说明对象，都仿佛亲身见证了他的实验是多么清晰，非常直观的感受。

这就是所谓用图像来说服人的一种做法，所有这些图像，对公众而言就具有了这样一种证明和说服的魅力。

就像我们在没有看到黑洞的这张照片之前，公众对于黑洞的理解依然是非常疏远的、陌生的，但是现在加上了着色的黑洞照片，好像人人都知道黑洞是怎么一回事了。

4. 科学图像，多多少少都具有了美学的成分

有些比较激进的学者认为，所有科学图像其实都包含了一种矛盾，这个矛盾就是：一方面，我们必须借由这些图像来认识世界；但另一方面，我们又不一定能察觉到，这些图像其实已经是研究者为了符合使用者的心理预期，比如这张黑洞照片，进行了修改和再创作的。

因此，从这个意义上讲，所有的科学图像，好像都多少具有了美学的成分。这不禁引发一个问题：这是否会减少科学的客观性呢？

如果我从一个大众的角度，从一个完全科学研究外行的角度来看，我会认为，科学的诗意用这种方式来表达，其实也没什么不好。

这让我想起来一位香港诗人，莎拉·候（Sarah Howe）。她其实是一位在香港出生长大的英国人（父亲是英国人、母亲是广东人），在剑桥念完博士之后，目前继续从事文学研究。她写诗写得非常好，曾获得英国诗坛最重要的大奖之一，艾略特奖。

她从小就很崇拜霍金，还专门写了一首诗献给霍金。

Stephen Hawking

霍金收到这首诗后非常喜欢，还特地和莎拉·候会面，霍金甚至亲自朗读过这首诗。而这首诗跟我们今天谈论的“看见和看不见”，以及这种“看见和看不见的关系”与科学之间到底有什么关联，都具一定相关——这首诗的名字叫作：《相对》，中文译本如下：相 对——致史蒂芬·霍金

当我们被黑暗中的惊慌抚醒

我们的学生正试图感知那些我们熟悉事物的形状。

裂口中渗出的光子就像小径上的灰狗

在它们投下的阴影中揭示了光的两面性

在昏暗的实验室墙上投射出条纹——不再是粒子——

在波浪中向确定性道别。

什么在宇宙中是确定的

是超声波仪发出的

像塞壬午夜哭喊般的声音吗？他们说

一列飞驰的火车发出的断断续续的亮光

将解释为什么时间膨胀得像一个完美的

下午；预言平行线在黑洞中

将相交，黑洞荒凉的地平线甚至星光，

在其轨迹上弯曲，不可避免。如果我们能想得

这么远，那我们的双眼难道还适应不了黑暗吗？

这首诗写得相当漂亮，尤其最后一句：

If we can think this far, might not our eyes adjust to the dark? 

这真的是很美很美的一句话。

如果你对科学稍有一定认知，或许可以察觉到，这首诗里其实包含了相当多科学史上各种各样的著名理论，比如光的波粒二重性。但为什么我会觉得最后那句话最美呢？

因为它好像在告诉我们，如果我们能够借助科学的想象力，即使身处黑暗之中，还是能够利用我们的心眼看得很远，看到一些其实我们无法肉眼看到，甚至无法用肉身感官去感受到的一些东西。 

以我自己为例，我记得我还在读小学的时候，第一次听说原来地球是一个球，它会自转，还会公转，这对当时的我简直是太震撼的一件事。

我相信无论你我，我们都无法看到地球究竟是怎么转动的，也无法感受到我们是站在一个球体上，而不是一个平面上，也感受不到这种球体的转动，但是你可以试着去想象、去感受。

当我知道地球在不停转动这件事之后，我还记得那时的我只是一个小学二年级的学生，结果那天晚上我失眠了。我近乎整晚都在想着这件事，我一直在感受——床底下这颗地球，正在浩大地自转。

电影《万物理论》

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