黑洞，我要超越时空见到你

◎文／唐尚明

本文主人公及“黑洞”照片

北京时间2019年4月10日晚上9点，人类历史上第一张黑洞照片横空出世。

这张照片震撼了全世界。随着这张照片的公布，90后小姐姐凯蒂·布曼的名字和她青春靓丽的笑脸被推特、脸书和全球新闻网站疯传，刷爆了中国网友的朋友圈。是她开发了一种关键算法，也是她带领算法团队历时两年，处理了由两百多名科研人员历时十余年、从四大洲8个观测点“捕获”到的重达半吨的硬盘数据，“洗”出了这张照片。

与阳光下的影子有一个时空差

凯蒂·布曼从小生活在一个知识分子家庭，父亲是普渡大学的工程学教授。受父亲的影响，她从小就对科学有着浓厚的兴趣。

小凯蒂最喜欢玩的，是和爸爸妈妈一起在阳光下追影子的游戏。可不管是空手徒步追赶，还是挥舞棍子骑车追赶，小凯蒂总是追不上。爸爸面对气喘吁吁的凯蒂说：“凯蒂，你瞧，不管你跑得有多快，你和阳光下的影子总有一个时空差，你怎样才能赶上这个时空差呢，能不能想想办法？”凯蒂停止了追赶，大眼睛一眨一眨的。忽然她掏出了身上的小镜子，然后利用太阳的反光开始追影子，这下该轮到爸爸妈妈气喘吁吁了，凯蒂却站在原地转动着小镜子，乐得哈哈大笑。

爸爸停下来说：“凯蒂，我们投降，光每秒钟能跑三十万公里，我们怎能跑得过它呢！”

“爸爸，光跑得这么快，那没有什么能捕捉到它了吧？”凯蒂的问题立马就来。

“哦，不！凯蒂，宇宙中还有一种天体，叫黑洞，黑洞就是光的克星。”

“黑洞，什么是黑洞？”凯蒂好奇地问。

“黑洞是恒星在核聚变光能耗尽后，发生坍缩而形成的。黑洞的引力极大，连宇宙中速度最快的光都无法逃脱。”

连光都无法逃脱的黑洞到底是什么样的呢？凯蒂真的很想看一看。于是，一颗梦想的种子便植入了小凯蒂幼小心灵的深处。

同宇宙黑洞打了一个时空差

2007年，也就是凯蒂上高中的时候，她首次听说了视界望远镜，听说了地平线望远镜计划（EHT)小组，这个国际研究小组利用一个“虚拟如地球一般大的望远镜”对室女座一个名为M87的黑洞进行探测。于是，她申请加入了普渡大学的计算机成像研究，正式开始了她探索黑洞的科学之旅。

高中毕业后，她考入密歇根大学学习电气工程，并以最高荣誉身份毕业。之后她进入麻省理工学院，并相继攻读电气工程硕士与博士学位。

临近毕业的一天，凯蒂身背相机陪全家人在太浩湖游玩，父亲随手捡起身边的一颗石子抛向湖里，平静的湖面顿时荡起了一圈圈美丽的涟漪，凯蒂对着湖面按下了快门。父亲开玩笑说：“拍下我们能看得见的涟漪不算本事，要是你能把那已经入水看不见的石子的模样拍出来就了不起了。”

“是吗？”凯蒂正在考虑撰写毕业论文，父亲的话引起了她的思考。她想：石子已经入水了，能否利用我们尚能看见的涟漪来重构石子的模样呢？于是，凯蒂利用自己学到的计算机成像知识，开始做起了研究，并成功地撰写了论文《动态观察评估物体的材料性状》。这篇论文获得了恩斯特·吉尔明奖，论文中提出的根据动态数据重构成像的CHIRP算法，引起了美国天文学界的注意。因为不同的天文望远镜收到的两股无线电波相遇，就起了涟漪，学名叫做“干涉”，而根据凯蒂提出的理论就可以依靠“干涉”来重建黑洞身影。

凯蒂毕业后进入哈佛大学攻读博士后，也正式加入到地平线望远镜计划（EHT)团队，开始利用分布在全球各地的射电望远镜收集到的海量天文数据，来揭开黑洞神秘的面纱。但硬盘里的数据不仅仅是黑洞，还包含天空中各种复杂、凌乱的数据。

不仅太空情况复杂，而且地球有厚重的大气层，无线电波穿过大气层的时候，速度也会变慢，于是各条电波便有了时空差，时空的测定也就不够准确了。重建黑洞照片，最重要的就是消除这个时空差。凯蒂团队被这个问题困扰着，她又想起了和爸爸在太浩湖边抛石子玩的场景，她想：“像三颗石子激起的三圈涟漪相碰撞一样，如果每一个测量值，都是三台望远镜(而不是两台)相乘的结果，大气带来的误差不就能相互抵消吗？”

算法有了，但足有半吨重的硬盘数据处理起来，工程量还是太大了，凯蒂跟其他三名研究人员在逼仄的办公室里，夜以继日地工作了一年多。这个房间里的所有工作内容都是严格保密的，烦恼和压力不能向任何人倾诉，日复一日地敲键盘、写代码，枯燥、单调而又希望渺茫……

去年6月的一天，数据处理进入决战阶段。因为失败过太多次了，大家也没怎么抱希望。凯蒂以为，可能跟以往一样，会在屏幕上看到一个黑斑。

一行行代码在电脑上快速滚动着，凯蒂紧盯着计算机屏幕，按下“go”键，突然，一张清晰的黑洞照片出现在她的面前，她情不自禁地叫出声来：“真是难以置信！我们与黑洞打赢了这场时空差！”

这位年轻美丽的女科学家，这位算法团队的组织领导者，激动地十指交叉捂住自己的嘴巴。她是那样兴奋，旁边的同事被深深感染了，情不自禁地将这一刻抓拍定格。

和成功永远有一个时空差

喜讯正式公布后，凯蒂才在自己的推特上贴出了这张实验室工作照，旁边的电脑屏幕上，呈现的正是那张环绕着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认为是看不见的黑洞照片上，凯蒂也以光一般的速度迅速走红。凯蒂的算法让全球人民得以一窥黑洞的真实面目，该图像在极端环境下进一步验证了爱因斯坦的广义相对论，这是世界天文学史上的一大奇迹，也是本世纪最重大的科学突破。

美国第一女儿伊万卡·特朗普分享了凯蒂的成就，她说：“今天，全世界第一次看到了黑洞的图像，这是科学家凯蒂·布曼创造的惊人成就。恭喜！”著名演员索菲亚·布什在推特上写道：“凯蒂·布曼，这一定会是一个家喻户晓的名字。让我们为STEM领域的女性欢呼吧！”

各大新闻媒体记者都要求采访这位年轻的90后科学家，但都被凯蒂一一谢绝了。她在脸书的一篇帖子中说：“这幅图像不是由一个算法或一个人完成的，它需要来自世界各地的科学家团队的惊人才能和多年的艰苦工作。仪器开发、数据处理、成像方法和技术分析，这些都是完成这一看似不可能的壮举所必需的。我只是很幸运，能有机会与我们团队所有人一起工作。”