飛躍黑洞并非天方夜譚

這聽起來有點兒像科幻小說：一艘不比回形針重的太空飛船，由激光束推動，以光速穿越太空，直奔黑洞而去，任務是探測時空的構造、檢驗物理定律。但在黑洞專家、復旦大學物理系謝希德青年特聘教授Cosimo Bambi看來，這并非天方夜譚。

Bambi在8月7日發表于《交叉科學》的一篇文章中，詳細描繪了將這場飛向黑洞的星際之旅變為現實的藍圖。如果成功，這場預計耗時一個世紀的任務有望從鄰近黑洞傳回數據，徹底改變我們對廣義相對論和物理法則的理解。

“我們目前尚不具備這項技術，但再過二三十年，或許就能實現。”Bambi說。

這項任務能否成行，取決于兩大核心挑戰：既要找到距離足夠近、可作為目標的黑洞，又要研發出能承受漫長旅程的探測器。

作者表示，根據恒星演化的現有知識，距離地球20至25光年范圍內可能就潛伏著一個黑洞，但找到它絕非易事。由于黑洞既不發光也不反光，對望遠鏡來說幾乎不可見；科學家只能依據其對附近恒星的影響或對光線的扭曲來探測和研究它們。

“近年來已經出現了新技術發現黑洞，我認為在未來十年內找到一顆鄰近黑洞是合理期待。”Bambi說。

一旦鎖定目標，下一個難題便是如何抵達。依靠化學燃料驅動的傳統航天器過于笨重、速度太慢，無法勝任這項任務。Bambi提出，可用“納米飛行器”——一種僅重數克、由微型芯片和光帆組成的探測器——作為解決方案。地球上的激光陣列向光帆發射光子，將其加速至光速的1/3。

以這樣的速度，探測器可在約70年內抵達20至25光年外的黑洞。它收集的數據再過約20年才能傳回地球，因此整個任務將持續約80至100年。

一旦探測器靠近黑洞，研究人員即可開展實驗，回答物理學中一些最緊迫的問題：黑洞是否真有一個被稱為事件視界的邊界——即連光都無法逃脫的邊界？黑洞附近的物理規律是否會發生變化？在最極端的宇宙條件下，愛因斯坦的廣義相對論是否依然成立？

Bambi指出，僅激光陣列一項，按今天的價格估算就將耗資約一萬億歐元；而能制造這種納米飛行器的技術也尚未問世。但他認為，30年后，成本可能會下降，技術也會追趕上這些大膽設想。

“聽起來確實瘋狂，很像科幻小說。但以前也有人說我們永遠無法探測到引力波，因為它們太微弱。結果100年后，我們做到了。還有人認為我們永遠看不到黑洞的‘影子’；如今，50年過去了，我們已經拍到了兩個黑洞的影像。”

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http://doi.org/10.1016/j.isci.2025.113142