黑洞，我要超越時空見到你

◎文／唐尚明

本文主人公及“黑洞”照片

北京時間2019年4月10日晚上9點，人類歷史上第一張黑洞照片橫空出世。

這張照片震撼了全世界。隨著這張照片的公布，90后小姐姐凱蒂·布曼的名字和她青春靚麗的笑臉被推特、臉書和全球新聞網站瘋傳，刷爆了中國網友的朋友圈。是她開發了一種關鍵算法，也是她帶領算法團隊歷時兩年，處理了由兩百多名科研人員歷時十余年、從四大洲8個觀測點“捕獲”到的重達半噸的硬盤數據，“洗”出了這張照片。

與陽光下的影子有一個時空差

凱蒂·布曼從小生活在一個知識分子家庭，父親是普渡大學的工程學教授。受父親的影響，她從小就對科學有著濃厚的興趣。

小凱蒂最喜歡玩的，是和爸爸媽媽一起在陽光下追影子的游戲。可不管是空手徒步追趕，還是揮舞棍子騎車追趕，小凱蒂總是追不上。爸爸面對氣喘吁吁的凱蒂說：“凱蒂，你瞧，不管你跑得有多快，你和陽光下的影子總有一個時空差，你怎樣才能趕上這個時空差呢，能不能想想辦法？”凱蒂停止了追趕，大眼睛一眨一眨的。忽然她掏出了身上的小鏡子，然后利用太陽的反光開始追影子，這下該輪到爸爸媽媽氣喘吁吁了，凱蒂卻站在原地轉動著小鏡子，樂得哈哈大笑。

爸爸停下來說：“凱蒂，我們投降，光每秒鐘能跑三十萬公里，我們怎能跑得過它呢！”

“爸爸，光跑得這么快，那沒有什么能捕捉到它了吧？”凱蒂的問題立馬就來。

“哦，不！凱蒂，宇宙中還有一種天體，叫黑洞，黑洞就是光的克星。”

“黑洞，什么是黑洞？”凱蒂好奇地問。

“黑洞是恒星在核聚變光能耗盡后，發生坍縮而形成的。黑洞的引力極大，連宇宙中速度最快的光都無法逃脫。”

連光都無法逃脫的黑洞到底是什么樣的呢？凱蒂真的很想看一看。于是，一顆夢想的種子便植入了小凱蒂幼小心靈的深處。

同宇宙黑洞打了一個時空差

2007年，也就是凱蒂上高中的時候，她首次聽說了視界望遠鏡，聽說了地平線望遠鏡計劃（EHT)小組，這個國際研究小組利用一個“虛擬如地球一般大的望遠鏡”對室女座一個名為M87的黑洞進行探測。于是，她申請加入了普渡大學的計算機成像研究，正式開始了她探索黑洞的科學之旅。

高中畢業后，她考入密歇根大學學習電氣工程，并以最高榮譽身份畢業。之后她進入麻省理工學院，并相繼攻讀電氣工程碩士與博士學位。

臨近畢業的一天，凱蒂身背相機陪全家人在太浩湖游玩，父親隨手撿起身邊的一顆石子拋向湖里，平靜的湖面頓時蕩起了一圈圈美麗的漣漪，凱蒂對著湖面按下了快門。父親開玩笑說：“拍下我們能看得見的漣漪不算本事，要是你能把那已經入水看不見的石子的模樣拍出來就了不起了。”

“是嗎？”凱蒂正在考慮撰寫畢業論文，父親的話引起了她的思考。她想：石子已經入水了，能否利用我們尚能看見的漣漪來重構石子的模樣呢？于是，凱蒂利用自己學到的計算機成像知識，開始做起了研究，并成功地撰寫了論文《動態觀察評估物體的材料性狀》。這篇論文獲得了恩斯特·吉爾明獎，論文中提出的根據動態數據重構成像的CHIRP算法，引起了美國天文學界的注意。因為不同的天文望遠鏡收到的兩股無線電波相遇，就起了漣漪，學名叫做“干涉”，而根據凱蒂提出的理論就可以依靠“干涉”來重建黑洞身影。

凱蒂畢業后進入哈佛大學攻讀博士后，也正式加入到地平線望遠鏡計劃（EHT)團隊，開始利用分布在全球各地的射電望遠鏡收集到的海量天文數據，來揭開黑洞神秘的面紗。但硬盤里的數據不僅僅是黑洞，還包含天空中各種復雜、凌亂的數據。

不僅太空情況復雜，而且地球有厚重的大氣層，無線電波穿過大氣層的時候，速度也會變慢，于是各條電波便有了時空差，時空的測定也就不夠準確了。重建黑洞照片，最重要的就是消除這個時空差。凱蒂團隊被這個問題困擾著，她又想起了和爸爸在太浩湖邊拋石子玩的場景，她想：“像三顆石子激起的三圈漣漪相碰撞一樣，如果每一個測量值，都是三臺望遠鏡(而不是兩臺)相乘的結果，大氣帶來的誤差不就能相互抵消嗎？”

算法有了，但足有半噸重的硬盤數據處理起來，工程量還是太大了，凱蒂跟其他三名研究人員在逼仄的辦公室里，夜以繼日地工作了一年多。這個房間里的所有工作內容都是嚴格保密的，煩惱和壓力不能向任何人傾訴，日復一日地敲鍵盤、寫代碼，枯燥、單調而又希望渺茫……

去年6月的一天，數據處理進入決戰階段。因為失敗過太多次了，大家也沒怎么抱希望。凱蒂以為，可能跟以往一樣，會在屏幕上看到一個黑斑。

一行行代碼在電腦上快速滾動著，凱蒂緊盯著計算機屏幕，按下“go”鍵，突然，一張清晰的黑洞照片出現在她的面前，她情不自禁地叫出聲來：“真是難以置信！我們與黑洞打贏了這場時空差！”

這位年輕美麗的女科學家，這位算法團隊的組織領導者，激動地十指交叉捂住自己的嘴巴。她是那樣興奮，旁邊的同事被深深感染了，情不自禁地將這一刻抓拍定格。

和成功永遠有一個時空差

喜訊正式公布后，凱蒂才在自己的推特上貼出了這張實驗室工作照，旁邊的電腦屏幕上，呈現的正是那張環繞著橘色光亮的黑洞照片。

全世界的目光立即聚焦，聚焦在那一幅之前被認為是看不見的黑洞照片上，凱蒂也以光一般的速度迅速走紅。凱蒂的算法讓全球人民得以一窺黑洞的真實面目，該圖像在極端環境下進一步驗證了愛因斯坦的廣義相對論，這是世界天文學史上的一大奇跡，也是本世紀最重大的科學突破。

美國第一女兒伊萬卡·特朗普分享了凱蒂的成就，她說：“今天，全世界第一次看到了黑洞的圖像，這是科學家凱蒂·布曼創造的驚人成就。恭喜！”著名演員索菲亞·布什在推特上寫道：“凱蒂·布曼，這一定會是一個家喻戶曉的名字。讓我們為STEM領域的女性歡呼吧！”

各大新聞媒體記者都要求采訪這位年輕的90后科學家，但都被凱蒂一一謝絕了。她在臉書的一篇帖子中說：“這幅圖像不是由一個算法或一個人完成的，它需要來自世界各地的科學家團隊的驚人才能和多年的艱苦工作。儀器開發、數據處理、成像方法和技術分析，這些都是完成這一看似不可能的壯舉所必需的。我只是很幸運，能有機會與我們團隊所有人一起工作。”