【人工合成淀粉：迷宫寻途2000天】2015年初，还在国外访问交流的蔡韬接到了马延和的电话：“未来所里计划做人工合成淀粉的项目，凭空制造。”
“凭空制造？这可能吗？”他有点惊讶。
6年后，他们把不可能变成了现实。中国科学院天津工业生物技术研究所（以下简称中科院天津工业生物所）通过复杂代谢途径的从头设计与精准调控，在国际上首次实现电/氢能驱动二氧化碳从头合成淀粉。9月24日，这一研究成果于《科学》在线发表。
图：实验人员在做淀粉遇碘显色试验。 倪思洁摄
△ 从0到1 从无到有
淀粉作为一类重要的高分子碳水化合物，为人类生存提供了所需的热量。1万多年来，农业种植都是生产淀粉的唯一途径。
可植物光合作用的能量效率低、生长周期长，为了应对粮食安全问题，科学家探索出了杂交育种、模块育种、分子育种等办法，还建立了人工光合系统。
“但这些都没有脱离植物本身的固碳模式。就像是跑得再快，本质上还要依靠双脚。能不能跳出这个模式，造一辆汽车呢？”中科院天津工业生物所所长、人工合成淀粉项目首席科学家马延和说。
与此同时，我国的二氧化碳减排压力巨大，而以二氧化碳为原料合成所需物质是摆在所有科学家面前的一道难题。
“利用二氧化碳合成淀粉”，一听说这个项目，即便是领域内的知名专家也纷纷摇头，“植物的光合作用已存在十几亿年，至今还未完全弄清楚系统机制，你们能从头合成”？
大家的质疑不无道理，这是从没有人做过的事，翻遍所有文献库，也找不到任何关于合成路径、研究方法的线索。
2018年7月24日下午，中科院天津工业生物所副研究员、人工合成淀粉项目经理蔡韬在实验室楼上的会议室里，准备参加中科院重点项目阶段评审会。自立项以来，他和同事已试验了两年多，尝试了无数次，但都以失败告终，眼看着为期3年的项目就要完结，他们的压力积攒到了最大值。
3点多钟，蔡韬接到了实验室技术员乔婧发来的一张照片。照片中并排的3个试剂管，中间的碘溶液呈淡淡的蓝紫色，与左右两边的无色和深蓝色状态对比明显。
“两边的是对照组，中间的是最新一次的试验结果，与碘溶液反应变蓝。”乔婧说。
蔡韬立即打电话确认，得到肯定的回复后，仍不放心，一路小跑至实验室，直到亲眼见到试剂管，他才抑制不住地喊道，“太好了！太好了！我汇报时终于可以说‘制造路径全线打通’。”
技术员孙红兵记得，那天大家都很开心，蔡老师一改往日的严肃，脸上挂满了笑容。
“相当于长征路上的遵义会议。”“那真是我见过最美的颜色。”蔡韬对《中国科学报》记者说。
至此，人工合成淀粉正式迈出了“从0到1”的一步，人类对于生命科学的认知边界又拓宽了一点。
△ 迷宫寻途 从有到优
成功的喜悦抹平了此前所有的遗憾，以至于他们在讲述研究历程时，会下意识地将前期困难一笔带过。
可最初接到这一项目时，就连他们自己都不相信能做出来。自然反应中，淀粉合成与积累涉及约60步代谢反应和细胞器间运输，在工业生产中，必须将其简化，又必须保证所有反应的充分和精准。
因此，如何将农业中复杂的合成途径简化为工业生产所需的简单合成途径，是人工合成淀粉面临的最大挑战。
经过计算机算法挖掘和筛选，研究人员在起点二氧化碳和终点淀粉之间，最终锁定了30条可能的路径，每一条包含9~12步重要反应。
每一条可能的路径都是一座“迷宫”。他们就处在每座首尾相连、层层嵌套的迷宫入口。每一座迷宫中又有数个“关卡”，也就是生化反应，想要过关，必须寻找到相应的“钥匙”，即能催化反应的特定的酶。
等到好不容易通关时，往往还是见不到淀粉。毕竟可能的路径有30条，只有走对了唯一的一条，才算成功。
“这些被看作‘钥匙’的酶可能存在于自然界中，也可能并不存在，需要重新设计。最难的是，不同于‘一把钥匙开一把锁’，同一个酶能催化多个反应，但又会带来‘副作用’。”蔡韬说。
6年中，有近一半的时间，他们都卡在这些不同的路径里，有时找不到高效催化反应的酶；有时酶会优先和前面的底物反应，而后面的底物无酶可用；有时只能走通某一部分。
为了通过迷宫中的层层关卡，蔡韬等人与十几个课题组合作。“一个团队力量有限，希望能找到细分领域里最专业的人来合作。”他说。
那时的孙红兵、乔婧都变得异常敏感，她们怀疑自己做的每一个步骤。“可能是溶液加错、剂量没看准，是自己犯了低级错误”。可每一次重复后，她们不得不面对的事实是，操作没有错误，这条路行不通。
“与课题组同时进行多个课题不同，我们是项目制管理，6年中只有这一个项目，所以无论遇到什么都不会放弃。”蔡韬说，“最坏的结果就是失败，科研中的失败再正常不过，大不了从头再来。”
一次，蔡韬外出交流，会上有位科学家提出“利用二氧化碳电/氢还原合成甲醇”。“听到这个思路的一瞬间，我打了个激灵，脑子像通了电一样。我们是不是能以此为鉴，先将二氧化碳转化成甲醇，再将甲醇合成淀粉？”他说。
后来，便有了那张碘溶液呈淡蓝色的照片。
9月15日，《中国科学报》记者在中科院天津工业生物所看到，蔡韬手持一个15毫升的离心管，里面装有大半管的白色粉末，他介绍，“这是利用二氧化碳合成的第一管淀粉，与植物提取淀粉一模一样。”
如果说2018年他们完成了“从无到有”，那么从2018年至今，他们实现了“从有到优”。
△ 走出迷宫 探寻未知
在人工合成淀粉的试验中，蔡韬要找“最简单的路径”，在生活中，他也是如此。从家里到研究所，通常他会选择转弯最少、红绿灯最少的那一条路，慢慢地走。“这条路最直，行人也少，便于专心思考问题。”他说。
在孙红兵看来，蔡老师太想做成了，他满脑子都是项目，只要讨论试验，他的双眼便会立刻亮起来，声调也变得丰富。
“最让我感动的是，为了让我们专心试验，他会铺好所有的路，大到试验设计、与其他合作者沟通试验技术，小到买三角瓶、试剂管，6年来的每一天，他一刻都不愿耽搁。”孙红兵告诉《中国科学报》。
也正是如此，他们才能在相对短的时间内，完成对关键酶的定向改造，耦合从二氧化碳到甲醇的化学过程与从甲醇到淀粉的生物过程中反应条件的兼容，最终将合成效率提高130倍。与植物自然生成相比，其碳转化率提高了20~40倍。
实验室的小会议室，见证着他们的每一次讨论与争执，也见证着71页论文文稿的55次修改。
“蔡老师对文稿熟悉到什么程度呢？前几天我们需要查两个单词，单词所在的页数和位置，他脱口而出。”孙红兵说。
有一次，蔡韬改累了躺在床上休息，收到中科院天津工业生物所研究员江会锋发来的一个链接，标题中，他隐约瞥见了二氧化碳、淀粉的字眼，当即从床上弹起来，困意全无，心怦怦地跳，“不会有人已经做出来了吧”，他紧盯着手机加载条，直到看完摘要才长舒一口气，“原来是不同的研究，虚惊一场”。
科学研究令人着迷和残酷之处均在于此，当研究者身陷迷宫，在各个关卡奋力拼搏时，往往不知道领域内有多少位“竞争者”，更无从得知彼此的进度。他们只能逼迫自己快一点，再快一点，因为开拓者的桂冠只属于最先到达的人。
2021年8月，《科学》审稿通过，且不需补做任何试验。审稿专家认为，该工作“是一项里程碑式突破，将在下一代生物制造和农业生产中带来变革性影响”。
时隔6年，蔡韬等终于走出了迷宫的弯弯绕绕，来到了更广阔的天地，他是世界上第一个走到这里的人。他很自豪，更重要的是，他想继续往前走，去追求更大、更多的未知。https://t.cn/A6Mfhbc7
“凭空制造？这可能吗？”他有点惊讶。
6年后，他们把不可能变成了现实。中国科学院天津工业生物技术研究所（以下简称中科院天津工业生物所）通过复杂代谢途径的从头设计与精准调控，在国际上首次实现电/氢能驱动二氧化碳从头合成淀粉。9月24日，这一研究成果于《科学》在线发表。
图：实验人员在做淀粉遇碘显色试验。 倪思洁摄
△ 从0到1 从无到有
淀粉作为一类重要的高分子碳水化合物，为人类生存提供了所需的热量。1万多年来，农业种植都是生产淀粉的唯一途径。
可植物光合作用的能量效率低、生长周期长，为了应对粮食安全问题，科学家探索出了杂交育种、模块育种、分子育种等办法，还建立了人工光合系统。
“但这些都没有脱离植物本身的固碳模式。就像是跑得再快，本质上还要依靠双脚。能不能跳出这个模式，造一辆汽车呢？”中科院天津工业生物所所长、人工合成淀粉项目首席科学家马延和说。
与此同时，我国的二氧化碳减排压力巨大，而以二氧化碳为原料合成所需物质是摆在所有科学家面前的一道难题。
“利用二氧化碳合成淀粉”，一听说这个项目，即便是领域内的知名专家也纷纷摇头，“植物的光合作用已存在十几亿年，至今还未完全弄清楚系统机制，你们能从头合成”？
大家的质疑不无道理，这是从没有人做过的事，翻遍所有文献库，也找不到任何关于合成路径、研究方法的线索。
2018年7月24日下午，中科院天津工业生物所副研究员、人工合成淀粉项目经理蔡韬在实验室楼上的会议室里，准备参加中科院重点项目阶段评审会。自立项以来，他和同事已试验了两年多，尝试了无数次，但都以失败告终，眼看着为期3年的项目就要完结，他们的压力积攒到了最大值。
3点多钟，蔡韬接到了实验室技术员乔婧发来的一张照片。照片中并排的3个试剂管，中间的碘溶液呈淡淡的蓝紫色，与左右两边的无色和深蓝色状态对比明显。
“两边的是对照组，中间的是最新一次的试验结果，与碘溶液反应变蓝。”乔婧说。
蔡韬立即打电话确认，得到肯定的回复后，仍不放心，一路小跑至实验室，直到亲眼见到试剂管，他才抑制不住地喊道，“太好了！太好了！我汇报时终于可以说‘制造路径全线打通’。”
技术员孙红兵记得，那天大家都很开心，蔡老师一改往日的严肃，脸上挂满了笑容。
“相当于长征路上的遵义会议。”“那真是我见过最美的颜色。”蔡韬对《中国科学报》记者说。
至此，人工合成淀粉正式迈出了“从0到1”的一步，人类对于生命科学的认知边界又拓宽了一点。
△ 迷宫寻途 从有到优
成功的喜悦抹平了此前所有的遗憾，以至于他们在讲述研究历程时，会下意识地将前期困难一笔带过。
可最初接到这一项目时，就连他们自己都不相信能做出来。自然反应中，淀粉合成与积累涉及约60步代谢反应和细胞器间运输，在工业生产中，必须将其简化，又必须保证所有反应的充分和精准。
因此，如何将农业中复杂的合成途径简化为工业生产所需的简单合成途径，是人工合成淀粉面临的最大挑战。
经过计算机算法挖掘和筛选，研究人员在起点二氧化碳和终点淀粉之间，最终锁定了30条可能的路径，每一条包含9~12步重要反应。
每一条可能的路径都是一座“迷宫”。他们就处在每座首尾相连、层层嵌套的迷宫入口。每一座迷宫中又有数个“关卡”，也就是生化反应，想要过关，必须寻找到相应的“钥匙”，即能催化反应的特定的酶。
等到好不容易通关时，往往还是见不到淀粉。毕竟可能的路径有30条，只有走对了唯一的一条，才算成功。
“这些被看作‘钥匙’的酶可能存在于自然界中，也可能并不存在，需要重新设计。最难的是，不同于‘一把钥匙开一把锁’，同一个酶能催化多个反应，但又会带来‘副作用’。”蔡韬说。
6年中，有近一半的时间，他们都卡在这些不同的路径里，有时找不到高效催化反应的酶；有时酶会优先和前面的底物反应，而后面的底物无酶可用；有时只能走通某一部分。
为了通过迷宫中的层层关卡，蔡韬等人与十几个课题组合作。“一个团队力量有限，希望能找到细分领域里最专业的人来合作。”他说。
那时的孙红兵、乔婧都变得异常敏感，她们怀疑自己做的每一个步骤。“可能是溶液加错、剂量没看准，是自己犯了低级错误”。可每一次重复后，她们不得不面对的事实是，操作没有错误，这条路行不通。
“与课题组同时进行多个课题不同，我们是项目制管理，6年中只有这一个项目，所以无论遇到什么都不会放弃。”蔡韬说，“最坏的结果就是失败，科研中的失败再正常不过，大不了从头再来。”
一次，蔡韬外出交流，会上有位科学家提出“利用二氧化碳电/氢还原合成甲醇”。“听到这个思路的一瞬间，我打了个激灵，脑子像通了电一样。我们是不是能以此为鉴，先将二氧化碳转化成甲醇，再将甲醇合成淀粉？”他说。
后来，便有了那张碘溶液呈淡蓝色的照片。
9月15日，《中国科学报》记者在中科院天津工业生物所看到，蔡韬手持一个15毫升的离心管，里面装有大半管的白色粉末，他介绍，“这是利用二氧化碳合成的第一管淀粉，与植物提取淀粉一模一样。”
如果说2018年他们完成了“从无到有”，那么从2018年至今，他们实现了“从有到优”。
△ 走出迷宫 探寻未知
在人工合成淀粉的试验中，蔡韬要找“最简单的路径”，在生活中，他也是如此。从家里到研究所，通常他会选择转弯最少、红绿灯最少的那一条路，慢慢地走。“这条路最直，行人也少，便于专心思考问题。”他说。
在孙红兵看来，蔡老师太想做成了，他满脑子都是项目，只要讨论试验，他的双眼便会立刻亮起来，声调也变得丰富。
“最让我感动的是，为了让我们专心试验，他会铺好所有的路，大到试验设计、与其他合作者沟通试验技术，小到买三角瓶、试剂管，6年来的每一天，他一刻都不愿耽搁。”孙红兵告诉《中国科学报》。
也正是如此，他们才能在相对短的时间内，完成对关键酶的定向改造，耦合从二氧化碳到甲醇的化学过程与从甲醇到淀粉的生物过程中反应条件的兼容，最终将合成效率提高130倍。与植物自然生成相比，其碳转化率提高了20~40倍。
实验室的小会议室，见证着他们的每一次讨论与争执，也见证着71页论文文稿的55次修改。
“蔡老师对文稿熟悉到什么程度呢？前几天我们需要查两个单词，单词所在的页数和位置，他脱口而出。”孙红兵说。
有一次，蔡韬改累了躺在床上休息，收到中科院天津工业生物所研究员江会锋发来的一个链接，标题中，他隐约瞥见了二氧化碳、淀粉的字眼，当即从床上弹起来，困意全无，心怦怦地跳，“不会有人已经做出来了吧”，他紧盯着手机加载条，直到看完摘要才长舒一口气，“原来是不同的研究，虚惊一场”。
科学研究令人着迷和残酷之处均在于此，当研究者身陷迷宫，在各个关卡奋力拼搏时，往往不知道领域内有多少位“竞争者”，更无从得知彼此的进度。他们只能逼迫自己快一点，再快一点，因为开拓者的桂冠只属于最先到达的人。
2021年8月，《科学》审稿通过，且不需补做任何试验。审稿专家认为，该工作“是一项里程碑式突破，将在下一代生物制造和农业生产中带来变革性影响”。
时隔6年，蔡韬等终于走出了迷宫的弯弯绕绕，来到了更广阔的天地，他是世界上第一个走到这里的人。他很自豪，更重要的是，他想继续往前走，去追求更大、更多的未知。https://t.cn/A6Mfhbc7
吞噬一切的黑洞竟然也有“压力”
研究者基于量子引力的有效场论方法，利用沃尔德熵公式计算黑洞熵的量子引力修正，结果发现黑洞除了有温度外，对外界还会有压强。这种压强的效应极微弱，以太阳大小的黑洞来说，产生的压强只有地球大气压强的10—46倍。
人们在生活工作中，都有着或大或小的压力。不过，让人意外的是，深邃宇宙中，就连能够吞噬一切的黑洞，也有“压力”。
近日，一项最新研究表明，来自英国萨塞克斯大学的物理学家发现，黑洞实际上是更复杂的热力学系统，不仅有温度，还有压力。这是科学家首次发现黑洞有压力，相关研究成果发表于《物理评论D》。
为何黑洞也有压力？此次研究人员是如何发现这一特性的？未来又应该如何验证？带着这些问题，科技日报记者采访了北京师范大学物理学系副教授、引力物理专家张宏宝。
黑洞从假说到显露“真容”
作为20世纪物理学界最重要的假说之一，黑洞让物理学家和天文爱好者都十分着迷。
早在1783年，英国地理学家约翰·米歇尔就提出，宇宙中可能存在一种天体，其密度大到连光都无法逃逸。1915年，爱因斯坦在广义相对论中提出某些大质量恒星会演化为巨大的引力场。1916年，德国天文学家卡尔·史瓦西的计算结果表明，如果大量物质集中于空间一点，其产生的引力可以让光也无法逃脱。1968年，美国天体物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒正式提出了“黑洞”一词。
然而，由于黑洞无法被直接观测到，人类只能凭借一些间接的方式，例如借由其他物体的轨迹或被吸入物体的信息来证明黑洞的存在，并依据这些信息对黑洞进行研究。
随着科普和科幻作品的流行，黑洞已经成为大众最熟知的科学概念之一，黑洞的“神秘属性”也刺激着人们对于宇宙的好奇心。在过去的几十年间，科学家围绕黑洞的相关特征提出了大量的假说，但时至今日，黑洞仍有许多谜团待解。
2019年4月，经过200多名科研人员历时10余年的努力，人类才终于拍到历史上首张黑洞照片，这在黑洞研究历史上具有里程碑意义。
“奇怪”的数字揭示黑洞压力
即便见过了黑洞的“颜值”，人类仍然对黑洞的属性知之甚少。不过，随着研究的不断深入，科学家正在不断获得新的发现，这些研究成果也让黑洞的科学形象越来越“丰满”。
事实上，早在1974年，著名物理学家霍金就已提出假说，认为黑洞能够不断向环境辐射热量，具有类似黑体的辐射光谱，即“霍金辐射”。这就意味着，黑洞应当有温度，而且黑洞最终会完全蒸发。根据霍金的理论，黑洞并不意味着绝对的虚无，而是会发射粒子，即散发出热辐射。霍金相信这种辐射最终会使黑洞失去足够的能量和质量，导致其最终消失。
在过去2年当中，已有多项研究对霍金的该项假说进行了探讨。例如2019年以色列理工学院的科学家利用“玻色—爱因斯坦凝聚”状态的极冷气体来模拟黑洞的事件视界（即黑洞的一个看不见的时空边界，任何东西都无法从事件视界内部逃脱）。在这次实验当中，科学家观测到了“霍金辐射”。
而在此次最新研究中，2位来自英国苏塞克斯大学的物理学家泽维尔·卡尔梅以及福克特·凯普斯教授所领导的研究团队在对史瓦西黑洞（一种最常见的黑洞模型）的熵进行量子引力校正时发现了一个“奇怪”的数字。随后，研究人员意识到他们所看到的数字代表的物理行为正是一种压力——黑洞也会对其周围的空间施加压强。
研究者基于量子引力的有效场论方法，利用沃尔德熵公式计算黑洞熵的量子引力修正，结果发现黑洞除了有温度外，对外界还会有压强。这种压力的效应极微弱，以太阳大小的黑洞来说，产生的压强只有地球大气压强的10—46倍。不过，研究者也表示，目前还不清楚造成这种压力更深层次的原因。
“发现黑洞压力”研究也有不足
对于此次最新研究，张宏宝解读说，从科学研究的角度来看，刚刚发表的这篇研究论文属于一个中规中矩的工作，并没有什么重大突破，而且还存在两个较大的问题。其一是我们还没有一个完备的量子引力理论。如前文所述，该计算是在有效场论下的计算结果，当熵获得了量子修正，也许它的质量也获得了量子修正，这样那个所谓的黑洞压力就不存在了，但热力学第一定律依然正确；其二，即使最终可以把这个量子修正解释为黑洞压力的存在，其具备可观测的效应很小，因而缺乏观测价值。在该成果同其他理论的对话当中，这两点不足会有较大影响。
张宏宝表示，在天文物理学、宇宙学研究当中，物理学和数学之间、可观测和不可观测现象之间的各种对话和碰撞普遍存在。科学研究需要建立在严谨的方法论基础之上，人类认知的拓展也是个循序渐进的过程，单个研究很难具备决定性的意义。“在数学公式中发现黑洞压力”是一个有趣的发现，但也只是一个小小尝试。正是在这些不间断的探索当中，黑洞的形象逐渐走向“丰满”，其轮廓也愈加清晰。对于真正的科学家来说，“发现黑洞”是一项长期持续的，而非一次性的工作。
延伸阅读
史瓦西黑洞：“寻常”的黑洞模型
此次的最新研究发现是建立在史瓦西黑洞假说的基础之上。
1916年，德国天文学家、物理学家史瓦西提出了史瓦西黑洞假说，将史瓦西黑洞设定为一个不带电、不自旋的黑洞，黑洞中心为奇点，黑洞的外圈为事件视界，又称史瓦西半径。史瓦西黑洞又被称为“寻常黑洞”，其本身只是一种假说模型，并不能代表现实当中黑洞的真实面貌。
在史瓦西黑洞假说当中，还有一个等同概念叫做史瓦西度规，即史瓦西于1915年针对广义相对论的核心方程——爱因斯坦场方程——关于球状物质分布的解。史瓦西度规是爱因斯坦场方程最一般的真空解，这个解就是史瓦西黑洞。换言之，史瓦西黑洞和史瓦西度规，就是同一事物在物理和数学领域的不同模型形式。正如史瓦西本人在1913年当选德国科学院院士时说的“数学、物理学、化学、天文学是同向前行的，无所谓谁落在后面，也无所谓谁在前头并施以援手……数学、物理学、天文学构成了一个‘知识’，只能作为一个完美的整体而被理解。”
当然，除史瓦西以外，其他科学家也提出了一些黑洞模型。例如一种同时带有角动量和电荷的黑洞假说，叫做克尔—纽曼黑洞，相比于静态的史瓦西黑洞，克尔—纽曼黑洞更接近于实际的黑洞。
来源：科技日报
研究者基于量子引力的有效场论方法，利用沃尔德熵公式计算黑洞熵的量子引力修正，结果发现黑洞除了有温度外，对外界还会有压强。这种压强的效应极微弱，以太阳大小的黑洞来说，产生的压强只有地球大气压强的10—46倍。
人们在生活工作中，都有着或大或小的压力。不过，让人意外的是，深邃宇宙中，就连能够吞噬一切的黑洞，也有“压力”。
近日，一项最新研究表明，来自英国萨塞克斯大学的物理学家发现，黑洞实际上是更复杂的热力学系统，不仅有温度，还有压力。这是科学家首次发现黑洞有压力，相关研究成果发表于《物理评论D》。
为何黑洞也有压力？此次研究人员是如何发现这一特性的？未来又应该如何验证？带着这些问题，科技日报记者采访了北京师范大学物理学系副教授、引力物理专家张宏宝。
黑洞从假说到显露“真容”
作为20世纪物理学界最重要的假说之一，黑洞让物理学家和天文爱好者都十分着迷。
早在1783年，英国地理学家约翰·米歇尔就提出，宇宙中可能存在一种天体，其密度大到连光都无法逃逸。1915年，爱因斯坦在广义相对论中提出某些大质量恒星会演化为巨大的引力场。1916年，德国天文学家卡尔·史瓦西的计算结果表明，如果大量物质集中于空间一点，其产生的引力可以让光也无法逃脱。1968年，美国天体物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒正式提出了“黑洞”一词。
然而，由于黑洞无法被直接观测到，人类只能凭借一些间接的方式，例如借由其他物体的轨迹或被吸入物体的信息来证明黑洞的存在，并依据这些信息对黑洞进行研究。
随着科普和科幻作品的流行，黑洞已经成为大众最熟知的科学概念之一，黑洞的“神秘属性”也刺激着人们对于宇宙的好奇心。在过去的几十年间，科学家围绕黑洞的相关特征提出了大量的假说，但时至今日，黑洞仍有许多谜团待解。
2019年4月，经过200多名科研人员历时10余年的努力，人类才终于拍到历史上首张黑洞照片，这在黑洞研究历史上具有里程碑意义。
“奇怪”的数字揭示黑洞压力
即便见过了黑洞的“颜值”，人类仍然对黑洞的属性知之甚少。不过，随着研究的不断深入，科学家正在不断获得新的发现，这些研究成果也让黑洞的科学形象越来越“丰满”。
事实上，早在1974年，著名物理学家霍金就已提出假说，认为黑洞能够不断向环境辐射热量，具有类似黑体的辐射光谱，即“霍金辐射”。这就意味着，黑洞应当有温度，而且黑洞最终会完全蒸发。根据霍金的理论，黑洞并不意味着绝对的虚无，而是会发射粒子，即散发出热辐射。霍金相信这种辐射最终会使黑洞失去足够的能量和质量，导致其最终消失。
在过去2年当中，已有多项研究对霍金的该项假说进行了探讨。例如2019年以色列理工学院的科学家利用“玻色—爱因斯坦凝聚”状态的极冷气体来模拟黑洞的事件视界（即黑洞的一个看不见的时空边界，任何东西都无法从事件视界内部逃脱）。在这次实验当中，科学家观测到了“霍金辐射”。
而在此次最新研究中，2位来自英国苏塞克斯大学的物理学家泽维尔·卡尔梅以及福克特·凯普斯教授所领导的研究团队在对史瓦西黑洞（一种最常见的黑洞模型）的熵进行量子引力校正时发现了一个“奇怪”的数字。随后，研究人员意识到他们所看到的数字代表的物理行为正是一种压力——黑洞也会对其周围的空间施加压强。
研究者基于量子引力的有效场论方法，利用沃尔德熵公式计算黑洞熵的量子引力修正，结果发现黑洞除了有温度外，对外界还会有压强。这种压力的效应极微弱，以太阳大小的黑洞来说，产生的压强只有地球大气压强的10—46倍。不过，研究者也表示，目前还不清楚造成这种压力更深层次的原因。
“发现黑洞压力”研究也有不足
对于此次最新研究，张宏宝解读说，从科学研究的角度来看，刚刚发表的这篇研究论文属于一个中规中矩的工作，并没有什么重大突破，而且还存在两个较大的问题。其一是我们还没有一个完备的量子引力理论。如前文所述，该计算是在有效场论下的计算结果，当熵获得了量子修正，也许它的质量也获得了量子修正，这样那个所谓的黑洞压力就不存在了，但热力学第一定律依然正确；其二，即使最终可以把这个量子修正解释为黑洞压力的存在，其具备可观测的效应很小，因而缺乏观测价值。在该成果同其他理论的对话当中，这两点不足会有较大影响。
张宏宝表示，在天文物理学、宇宙学研究当中，物理学和数学之间、可观测和不可观测现象之间的各种对话和碰撞普遍存在。科学研究需要建立在严谨的方法论基础之上，人类认知的拓展也是个循序渐进的过程，单个研究很难具备决定性的意义。“在数学公式中发现黑洞压力”是一个有趣的发现，但也只是一个小小尝试。正是在这些不间断的探索当中，黑洞的形象逐渐走向“丰满”，其轮廓也愈加清晰。对于真正的科学家来说，“发现黑洞”是一项长期持续的，而非一次性的工作。
延伸阅读
史瓦西黑洞：“寻常”的黑洞模型
此次的最新研究发现是建立在史瓦西黑洞假说的基础之上。
1916年，德国天文学家、物理学家史瓦西提出了史瓦西黑洞假说，将史瓦西黑洞设定为一个不带电、不自旋的黑洞，黑洞中心为奇点，黑洞的外圈为事件视界，又称史瓦西半径。史瓦西黑洞又被称为“寻常黑洞”，其本身只是一种假说模型，并不能代表现实当中黑洞的真实面貌。
在史瓦西黑洞假说当中，还有一个等同概念叫做史瓦西度规，即史瓦西于1915年针对广义相对论的核心方程——爱因斯坦场方程——关于球状物质分布的解。史瓦西度规是爱因斯坦场方程最一般的真空解，这个解就是史瓦西黑洞。换言之，史瓦西黑洞和史瓦西度规，就是同一事物在物理和数学领域的不同模型形式。正如史瓦西本人在1913年当选德国科学院院士时说的“数学、物理学、化学、天文学是同向前行的，无所谓谁落在后面，也无所谓谁在前头并施以援手……数学、物理学、天文学构成了一个‘知识’，只能作为一个完美的整体而被理解。”
当然，除史瓦西以外，其他科学家也提出了一些黑洞模型。例如一种同时带有角动量和电荷的黑洞假说，叫做克尔—纽曼黑洞，相比于静态的史瓦西黑洞，克尔—纽曼黑洞更接近于实际的黑洞。
来源：科技日报
#故宫# 炎夏甫过，相信很多朋友依然着迷于暑期上映《#古董局中局之掠宝清单# 》的震撼中。而现实中的国宝“大劫案”比剧中更残酷险恶！1959年8月16日北京故宫，康熙帝8页金册和5柄玉雕花把金鞘匕首不翼而飞…文物价值高达15亿！https://t.cn/A6MUTXsk 爱护文物、保护文物，我们人人责无旁贷[太阳][太阳]#北京·故宫博物院[地点]#
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