爱因斯坦在黑洞问题上可能错了

美因茨大学法兰克福分校的卢西亚诺·雷佐拉教授解释道：“这些图像上看到的并非黑洞本身，而是其紧邻区域的高温物质。只要物质仍在事件视界外旋转——在不可避免地被吸入之前——原则上就能发出我们可探测到的最终光信号。”

### 爱因斯坦的理论与黑洞之谜
这些引人注目的图像揭示了科学家所说的黑洞“阴影”，为探索这些神秘宇宙 giants 的物理本质提供了新途径。一个多世纪以来，爱因斯坦的广义相对论一直是我们理解时空的基础。它预言了黑洞和事件视界的存在——事件视界是一个边界，任何事物（甚至光）都无法从中逃逸。

雷佐拉指出：“然而，还有其他一些仍处于假设阶段的理论也预言了黑洞的存在。其中一些理论要求物质具有非常特殊的性质，甚至需要违背我们目前所知的物理定律。”

### 用黑洞阴影检验爱因斯坦的观点
雷佐拉与中国上海李政道研究所的同事合作，提出了一种检验这些替代理论的新方法。他们发表在《自然·天文学》上的研究，阐述了未来的黑洞观测如何帮助证实或挑战爱因斯坦的引力模型。到目前为止，还没有足够的数据来验证或否定这些竞争性理论，但通过对黑洞阴影图像的详细分析，这种情况可能很快就会改变。

雷佐拉解释道：“这需要两件事：一方面，高分辨率的黑洞阴影图像，以尽可能精确地确定其半径；另一方面，从理论上描述各种理论与爱因斯坦相对论的偏离程度。”

### 模拟揭示理论差异
为解决这一问题，该团队构建了一个全面的框架，描述了不同理论类型的黑洞与爱因斯坦预言的差异，以及这些差异在图像中的表现。他们利用先进的三维计算机模拟，重现了物质和磁场在黑洞周围扭曲时空中的运动。通过这些模拟，他们生成了围绕这些巨大天体旋转的发光等离子体的合成图像。

李政道研究所的第一作者阿基尔·尤尼亚尔说：“核心问题是：不同理论下的黑洞图像差异有多大？”研究人员发现了清晰的模式，未来借助更清晰的图像，科学家有望确定哪种理论与现实最相符。尽管目前事件视界望远镜（EHT）的分辨率尚无法探测到这些细微差别，但技术进步将逐步使此类比较成为可能。为此，物理学家们开发了一种能涵盖多种理论框架的黑洞通用描述。

### 爱因斯坦的理论目前仍占上风
雷佐拉强调：“EHT合作对天体物理学最重要的贡献之一，是将黑洞转变为可检验的对象。我们的预期是，相对论将继续得到证实，就像它迄今为止一次又一次做到的那样。”到目前为止，研究结果与爱因斯坦的理论一致，不过测量的不确定性意味着只有少数奇异观点被排除。例如，M87星系和银河系中的黑洞几乎肯定不是“裸奇点”（没有事件视界）或虫洞。尽管如此，雷佐拉指出：“即使是已确立的理论也必须不断接受检验，尤其是通过黑洞这样的极端天体。”如果爱因斯坦的模型被证明失效，那将标志着物理学的革命性时刻。

### 宇宙观测的新时代
EHT为这些研究提供了前所未有的机会。通过整合全球多个大型射电望远镜的数据，它实际上构建了一个与地球一样大的望远镜，能够捕捉黑洞周围的精细细节。目前已有计划在网络中添加更多观测站，并最终将射电望远镜送入太空，这将极大提高其分辨率。这些进步有望实现对竞争性黑洞理论的真正决定性检验。根据这项新研究，这需要达到小于百万分之一角秒的角分辨率——大致相当于从地球观测月球表面上的一枚硬币。虽然目前还无法达到这种精度，但科学家预计未来几年内有望实现，这可能开启我们对引力和宇宙本身理解的新篇章。