黑洞的颜色(黑夜、黑体、黑洞…… 这些黑概念有啥特别的？- 悦读科学)
黑暗，构成了一个世界。
——亨利·米修，《杂乱的无限》（L’Inniturbulent）
导语：黑体并不一定是黑色的，黑洞也与颜色无关：它只是无法被看到。黑被归类为肉眼无法观察到的物理现象，这个特点因现象而异——天空的黑色和暗能量的黑不同，但是观察的难度也会严重影响归类的结果。这时，黑不再是一种颜色，而是成了一个单义的科学术语。
物理学中有很多与黑暗相关的概念，比如“黑色的天空”“黑体”“黑洞”“暗物质”“暗能量”，正是黑暗勾起了我们的求知欲。
- 为什么物理学家认为需要“黑化”这些概念？
- 这个从普通语言中借用的词汇是什么意思？
- 它对科学语言的制定是无足重轻且毫无影响，还是其中隐约包含着某种隐喻？
- 物理学中的黑概念会因为它们的“黑”而拥有特殊性吗？
- 对于那些构想出这些黑概念的人来说，“黑”这个字在我们这个时代的科学文化中又意味着什么呢？
“黑”
几百年来，黑色的天空让天体物理学家们魂牵梦萦；黑体辐射之谜是量子力学的起源；黑洞理论极具特殊性，在人们发现它的效应之前，天体物理学家就已经为之兴奋；暗物质是解决星系和星系团运动异常的假说；而暗能量则可以解释宇宙加速扩张的原因！关于这些黑概念存在进一步思考，然而这些可能和它们的黑化并没有直接关系。
黑，一定是因为光的完全缺失。但是在物理学中，黑却有特殊的意义。黑体并不一定是黑色的，黑洞也与颜色无关：它只是无法被看到。黑被归类为肉眼无法观察到的物理现象，这个特点因现象而异——天空的黑色和暗能量的黑不同，但是观察的难度也会严重影响归类的结果。这时，黑不再是一种颜色，而是成了一个单义的科学术语。
就好像物理学家关于黑概念的学说都有一个黑色影像的光圈如影随行。在物理学家做论证时，他必须摆脱这些黑色的影像，才能使自己的理论建立在清晰和鲜明的概念与精细的公式和算法上，可是这并不表示这些黑色的影像不存在，它们必定存在于物理学家无尽的遐想当中。
因此为了理解这些黑概念，不仅需要分析物理学是如何把“黑”这个形容词的字面意思，做了深刻的变化，还要阐释这个既可以表颜色的形容词，又可以用作科学短语的词汇是如何获得这些含义的。
每一个黑概念都对应着一个黑色的图像，就像是通过语言将影子投射在想象中一样。掌握这些黑概念的物理学家可以不去理会这些黑色的图像，但是这恰好证明他必须在这些影像干扰科学思维的时候将它们摆脱掉，或者在被它们激发起好奇心时将它们升华。因为我们无法用这些图像来完成推理，但是也无法将思维和图像完全分离。
“看”
为什么物理学会将一些物质看成黑色的呢？为了回答这个问题，我们首先要知道“看”在物理学中是什么意思。
长久以来，物理学家不再通过自己的肉眼感觉来观察现象，而是使用工具：从伽利略的天文望远镜到各种显微镜、分光镜，再到最近的粒子加速器。这些探测仪器可以让我们与一些本来无法感知到的现象进行互动。著名的“观察者”就是一个机器。科研人员会首先介入，做出预测，准备实验并校准探测器，在观察之后，说明结果，纠正自己的假说，并得出必要的结论。
19世纪，实证主义者们依然将实验作为检验先验现象的衡量标准，然后试图用数学规律对现象进行描述。在当代科学研究中，“新的现象不是简单地被发现，而是被创造，被一点一点建立起来的。”研究者不是观察“事实”，而是根据理论的数学结构，通过使用高精准的技术来创造“效果”。因此，“看”意味着在物理理论的基础上创造现象技术，而这个现象技术（可能）会使一些新的现象甚至预想不到的现象显现出来。
乍一看，这样的观察方式只适用于粒子物理学这样的实验科学，而不适用于天文学这样的观测科学，因为在观测科学中，我们无法按照自己的意愿创造现象。然而，现象技术不只应用于粒子加速器，也同样出现在天文观测台。
（图源：NASA Goddard）
研究者们通过信号来观察宇宙，这些信号有时很微弱，它们的波长不在可见光谱的范围内，甚至是靠光子以外的其他粒子来传播的。研究者的仪器可以让我们看到肉眼不可见的现象。基于抽象的假设和复杂的运算，天文学家制造出一些高端的仪器来搜集隐藏于其他波长中的信息。“看”的含义始终是“与现象进行互动，对这个互动进行测量并从中获得与现象相关的信息”。
第一个信息的传播媒介是光，科学家自然而然地在他们的非正式语言中保留了和视觉相关的词汇。然而大部分的时间里，被研究的现象不是与光、声波或中微子相互作用，而是与其他频次的电磁波相互作用。即使光不再参与互动，现象技术也必须能够接收和计量与被观测的系统互动时所产生的信息。
现在，我们已经确定了“看”对于一个物理学家意味着什么，那么我们就能毫不费力地猜出他赋予“黑”的含义：基本上，就是他看不到或者看不清的东西。
事实还是空想
在物理学中，黑代表抵抗探测的物质，不会和电磁波相互影响的物质，或者该物质与电磁波以某种方式发生互动，而以我们目前拥有的现象技术无法接收到相关信息。
- 黑色天空的谜团已经用它自己的方式提出了疑问：恒星的光本应该从各个方向到达我们的眼中，可我们为什么却感知不到呢？
- 黑体将所有的电磁波吸收却不发出任何反射；
- 黑洞是一个实心的天体，这所有人都知道，它使光线无法逃脱引力的影响（物质自然也一样）；
- 暗物质是一个关于物体质量与光线不会相互影响的假设；
- 最后，暗能量可能是最晦涩的概念：它不仅无法被观察到，而且还可能是对抗万有引力的一个力量来源。
所有这些黑概念，虽然混杂，但从概念层面讲，总和“黑”或“暗”有一些关联:它们被应用在物理学家无法看到的现象上。它们的情况难以阐明：这究竟是事实，还是暂时无法证实的理论可能，抑或只是空想？
作者简介
罗兰·勒乌克（Roland Lehoucq）法国原子能委员会天文学家，宇宙拓扑学专家，任教于巴黎政治学院。
文森特·博滕斯（Vincent Bontems）法国科学哲学家，在法国原子能委员会实验室工作。
（本文经授权摘编自北京联合出版公司·未读探索家出版的《给好奇者的暗黑物理学》（2018年9月，[法]罗兰·勒乌克 文森特·博滕斯/著，张芳/译）前言。
文章头图及封面图片来源：blog.soton.ac.uk
