【科普文分享】首探測黑洞後光回波 再證廣義相對論正確／小肥波
／／最新刊於《自然》的研究指，首次探測到來自黑洞後面的光回波 (luminous echo) ，再次證明愛因斯坦的廣義相對論正確。
團隊研究的是距我們 8 億光年遠的 I Zwicky 1 螺旋星系中心的一個超大質量黑洞發出的 X 射線，並發現到該意想不到的現象。
除了預期來自黑洞前方的 X 射線閃光外，團隊還從最初無法定位的起源檢測到一些光回波。更奇怪的是，這些光回波較小、觀察到的時間稍為晚，並且與從黑洞前面看到的耀斑具有不同顏色。
團隊很快意識到這些光回波是從該超大質量黑洞後方傳來，再次證明廣義相對論所說正確。史丹福大學天體物理學家 Dan Wilkins 解釋，進入黑洞的任何光都不會出來，所以我們理應看不到黑洞後面的任何東西；團隊能看到來自黑洞背後的光，是因為黑洞正在扭曲空間、屈曲光線並扭曲自身周圍的磁場。
愛因斯坦的廣義相對論描述了大質量物體如何扭曲宇宙結構，亦稱為時空 (space-time) 。愛因斯坦發現，引力不是由看不見的力產生，而只是我們在物質和能量存在下時空彎曲和扭曲的經驗。
這個彎曲的空間為能量和物質的運動方式設定了規則。就算光沿直線傳播，穿過高度彎曲如黑洞周圍空間的時空區域，光也將沿曲線傳播，在這種情況下，就可從正面見到來自背面的光。
這不是天文學家第一次發現這種稱為「重力透鏡效應 (gravitational lensing) 」的黑洞扭曲光，但這是學界首次直接看到來自黑洞後面的光回波。
團隊最初並不打算證實愛因斯坦於 1915 年發表的廣義相對論。相反，他們希望使用歐洲太空總署的 XMM-牛頓和美國太空總署的 NuSTAR 太空望遠鏡來觀察黑洞事件視界 (event horizon) 外形成的超熱粒子雲發出的光。
該些超熱雲繞著黑洞，並在落入黑洞時被加熱。團隊稱，超熱雲的溫度可以達到攝氏數百萬度，將粒子雲變成磁化等離子體，電子會從原子上甩出。黑洞的旋轉則會導致離子體的組合磁場在黑洞上方形成弧狀並最終破裂，從而釋出 X 射線。 Wilkins 指，這個磁場被束縛，然後靠近黑洞，加熱周圍的一切，並產生高能電子，然後繼續產生 X 射線。
團隊下一步將更詳細地研究光線如何在黑洞周圍彎曲，並研究產生這種明亮 X 射線閃光的方式。
來源：
Live Science, Light from behind a black hole spotted for 1st time, proving Einstein right, 29 July 2021
報告：
Wilkins, D.R., Gallo, L.C., Costantini, E. & et al. (2021). Light bending and X-ray echoes from behind a supermassive black hole. Nature 595, 657–660 (2021). doi: 10.1038/s41586-021-03667-0／／
扭曲空間 在 Re: [問題] 引力是所謂的空間扭曲嗎?? - 看板EarthScience 的必吃
※ 引述《bb511 (joker)》之銘言：
: 標題: Re: [問題] 引力是所謂的空間扭曲嗎??
: 時間: Tue Dec 14 21:45:13 2010
:
: ※ 引述《mmcin2100 (劃過天空的火流星)》之銘言：
: : 我看到節目裡描述的黑洞,是一個引力非常強的東西,可
: : 太陽因為質量大引力強,所以他所在的位置空間也被稍微扭曲
: : 我歸納出,空間扭曲=引力????
這些內容，在大一普物談相對論的單元會提到，
(例如Serway)
愛因斯坦用了一個很簡單的例子，來說明等效原理。
=======================================================================
當你處在靜止於地表上的電梯裡，以及處在四周空曠的太空中，
以重力加速度加速運動的電梯裡，只要不往外看，
你完全無法分辨就竟是屬於前者或者後者。
另一方面，當你處瑜自由落下的電梯中，以及你處在靜止於四周空曠的太空中，
你也同樣無法分辨前者或後者。
=======================================================================
這就把重力現象和時空坐標變換連繫了起來。
也就是說，我們可以丟棄用牛頓的萬有引力定律，
改以彎曲的時空描述原有的重力現象。
在這種架構下，靜止於地表的電梯，反而不是一個慣性參考系，
因為不受外力的物體會向下掉，不滿足牛頓第一定律。
而自由落下的電梯，反而正是慣性系，在裡面做實驗，會滿足牛頓第一定律。
所以當你在地球表面看到物體作斜向拋射運動時，
它其實是在走直線。
這樣說可能有點抽象，再舉個例子，
在平坦的紙面上，平行的條直線，永遠不會交會。
但是在球面上，赤道上的兩條經線，開始是平行的，
到了北極卻交會，顯示他們越走越近。
這不意味著，兩條線有其中一條被彎曲，只是因為你所在的空間是球面而已。
實際上，兩者都是直線。
同樣的道理，斜向拋射或者自由落體，都是在四維彎曲時空中的直線軌跡，
而另一方面，靜止在地表上的物體，世界線反而不是四維時空中的直線。
: : 那地球呢???根據上述的推論,引力是不是代表被扭曲的空間??
更正確的說，有質量的分布，就會彎區周圍的時空（不是空間）。
只是看彎曲的程度大或小。
如果你要求的精確度夠高，就可以用儀器偵測出這種效應。
這裡有個有趣的現象是，因地球質量引起的時空彎曲，
會導致在地球的高處的時間，會過得比地球低處的時間要快。
(所以住在高處的人老化的快，但效應很小。)
: : 所以我們是生活在被扭曲的空間中,真正沒扭曲的空間是太空無重力狀態
^^^^ ^^^^
把以上劃線的部分改成時空，就正確。
質量引起的是彎曲時空，而不是空間。
如果只是要讓空間是彎的，其實不需要質量引起的時空彎曲就能達到。
典型的例子就是所謂的愛因斯坦轉盤。
就類似像旋轉木馬那樣，有個大轉盤在繞。
這時候轉盤上的人，會發現轉盤的周長與半徑比，不等於圓周率。
所以這就表示轉盤上的空間是彎的。
這利用狹義相對論就可以推出來，不需要用到廣義相對論。
也就是說，轉盤的四維時空仍是平坦的。
: : 好像有點抽象@@
: : 懇請指教~
:
: https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E4%B8%87%E6%9C%89%E5%BC%95%E5%8A%9B
: 這邊有很詳細的說明
:
: 不過還是簡略來說一下
: 牛頓坐在樹下 被蘋果打到之後
: 摸著頭 嘴巴正準備講出F...的瞬間
: 想到了萬有引力 可寫成 F＝G*m1*m2/r^2
: 所以我們認為 引力只是一種單純的力
:
:
: 但是 我們知道 光速 在跑動的時候
: 會受到 星球重力影響 而彎曲
我想應該說，附近的時空是彎曲的，
而光只是在這個時空中，走直線。
: 造成 在天文觀測中 我們有時可以觀測到 星球正後方的星體
: 因此在廣義相對論中
: 愛因斯坦認為
: 重力場 會扭曲時空（空間）
是彎曲整個時空，只講空間意義有點含糊。
因為時空是一體的，要單看空間有沒有被彎曲，得先去定義同時面。
:
: 想像一下你把絲襪材質的東西
: 延展開成 直徑30公分圓形
: 然後在正中間 放一顆 5公分直徑 但是10公斤重的球體
: 絲襪材質的圓就會從正中間下陷成漏斗狀
: 而這個絲襪材質就是時空（應該說空間）
:
: 而引力場 則扭曲了這個空間
: 造成光速橫跨這個扭曲的空間時
: 被拉著轉彎
: （想像一顆小球 從個凹陷處經過）
這個例子只能說明兩個面有不同的度規，
但有時候也會造成誤導，所以我補充一下。
表面上看起來，似乎是空間彎曲造成的現象，但其實不對的。
真正被彎曲的是整個時空。
就好比一張平坦的紙與一個球面，你可以用座標(t,x)描述上面每個點。
類似的你可以推廣到四維時空(t,x,y,z)
:
:
: -----題外話-------
: 那黑洞因為 體積無限小的關係
: 所以密度無限大 （奇異點）
: 因此 這個下陷的最深處 會在無限遠
: 這樣就會感覺 好像有個通道會通去無限遠的地方
: 也許連接另一個宇宙的黑洞
: 那兩黑洞中間連接的就是蟲洞
: -----------------------------
:
: 由於黑洞的扭曲很大 甚至連光速都逃不離這個空間
: 所以光速 會旋轉至黑洞深處 （被吸進去）
: 在進到深處或 該奇異點時會放出噴流
: 也就是利用這個來觀測 黑洞的
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: https://38gav.blogspot.com/2010/08/blog-post_6257.html
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: ◆ From: 140.115.21.147
: → mmcin2100:時空可以被扭曲,所以每個星球上的時間快慢都不一樣? 12/15 01:19
: → mmcin2100:雖然可能只有幾毫秒不到,我是從黑洞中心的時間靜止反推 12/15 01:22
: → seeback:樓上講的東西需要引進參考時間座標才行 12/15 08:56
時間的相對性，不需要考慮到時空彎曲，狹義相對論就存在了。
也就是飛行中的飛機上的時鐘，和靜指在地面上的時鐘，
快慢程度就已經不一樣了。
因為兩者是不同的參考系，必須考慮到時空變換(Lorentz Transformation)
: 推 cress0128:牛頓不是被砸，他是看見蘋果掉下來 12/15 11:43
: → cress0128:然後他想問為什麼月亮不會掉下來，最後想通了萬有引力的 12/15 11:44
: → cress0128:分母的部分 12/15 11:44
: 推 mmcin2100:人如果脫離了時間座標會怎樣?(好像科學幻想XD) 12/15 17:57
意義不明，何為脫離時間座標？
: 推 nightkid:1f說的是相對運動問題 每個觀察者觀察到的東西會不一樣 12/16 14:01
: → nightkid:詳細請閱讀愛因斯坦的"特殊相對論" 12/16 14:02
: → nightkid:"Special Theory of Relativity" 12/16 14:02
: → nightkid:以及"勞倫茲轉換"(Lorentz Transformation) 12/16 14:03
: 推 wudollar:推這篇！讚！ 12/23 23:34
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