（注：鑑於本文發表後許多朋友對吸積盤厚度以及在黑洞高緯度區域等離子體流動產生疑問甚至激烈反對， 我將在本文最後統一進行補充說明，不再一一解釋，敬請關注。）

下面就這個問題談一談我個人的觀點。

最近科學家拍攝了首張黑洞照片。這個超大質量黑洞距離我們有5500萬光年，它的質量是太陽的65億倍，M87*黑洞位於巨型橢圓星系的中心，它擁有如此巨大的質量在宇宙中其實很正常。

按照史瓦西半徑計算公式：R = 2GM / c²

我們可以得到M87*的事件視界半徑大約為177億千米。基於質量估算的準確性，某些國外科技媒體將這個黑洞的史瓦西半徑宣佈為190億千米。

我們知道，圓周的計算公式是：C = 2πr

也就是說M87*黑洞的事件視界赤道周長應至少在1112至1193億千米之間。

細心的朋友注意到，在上海的首張黑洞照片釋出會上，科學家透露出這樣的資訊：透過對M87*黑洞的觀測和計算發現，黑洞外圍吸積物質的高溫等離子體物質圍繞M87*旋轉一週需要兩天的時間。如果按M87*最小赤道周長1112億千米計算，這些高溫等離子體的速度達到643518千米/秒。

（黑洞照片釋出會上的顯示畫面）

這個速度比光速（300000千米/秒）居然高出了一倍多！

眾所周知，按照狹義相對論，光速是宇宙中最快的速度，64.3萬千米/秒的等離子體流速顯然違反了這個原則。

這要從黑洞本身說起

我們知道，黑洞是巨大天體內部物質因引力發生坍塌，引力將原子以及其內部的中子壓碎，所有物質擠壓在一起形成一個緻密的點，這個點因質量極大體積極小，它強大的引力強烈扭曲了周圍的時空，使得光都無法逃離。

（黑洞模擬圖，周圍物質必須高速旋轉才不會被吸入黑洞的視界）

因為光和一切物質都只能進不能出，如果我們從遠處看黑洞，它中間有一部分是黑的，這個黑的範圍就叫事件視界。我們不知道里面到底發生了什麼，但我們能看到這個視界外圍發生的事情。

如果你處在黑洞附近，要怎麼才能不被它吸進去呢？你需要繞著它轉。你轉的速度越快，獲得的角動量大，當離心運動的力大到足以抵消黑洞對你的吸引力時，你就可以保持與黑洞的距離。這符合物理學上的角動量守恆定律。

（角動量有關的圖形表達）

科學家們發現在黑洞M87*周圍有大量的吸積物質在圍繞著它旋轉，這些物質是M87星系中心附近的塵埃和碎片，也許是某一顆被黑洞捕獲恆星的殘骸，這些塵埃被強大的引力場吸引並撕扯得粉碎，它們互相摩擦，成為高溫等離子體流。我們之所以能看見它們，是因為它們旋轉的速度足夠快，因此得以暫時留在黑洞的事件視界之外。

（我們看到的光環是吸積物圍繞黑洞旋轉所產生的高溫等離子流，這個等離子漩渦越靠中間速度越快，而黑洞絕大部分的表面都被高溫物質覆蓋，我們很難看見它的全貌）

高溫等離子體流的旋轉速度能夠超過光速嗎？不能。

唯一合理的解釋是，科學家們觀察到的等離子體流並不是圍繞M87*赤道旋轉，它們處於事件視界高緯度的位置。在這個位置由於其軌道周長短，所以等離子體流盡管速度非常快，但不會超過光速。

（我們所觀察到的高速等離子流實際處於M87*高緯度軌道面上，它的軌道長度比黑洞視界赤道要短的多）

根據以上分析，我們可以得出這樣的推測：由於我們地球的觀察方向處於超大型黑洞M87*的自轉軸（這個表述不大準確，黑洞本身也許並沒有自轉，只是方便理解）北極方向，同時也因為這個黑洞附近有的吸積物並且吸積物又沒有完全“淹沒”黑洞兩極的視界，才使得我們有機會窺其一孔。

這個孔洞處於黑洞很高的緯度，所以它的軌道周長要遠小於赤道的長度，我們單純以黑洞事件視界赤道的長度來計算高緯度等離子體流的速度顯然是不合適的，它們確實很快，但不會超過光速。同時處於黑洞赤道附近的等離子體流速要慢得多。

（對黑洞吸積盤的分析）

一、吸積物是物質，是星系塵埃和恆星碎屑，不是光，不能達到光速，這是一個基本前提。

二、天文學家的資料應是嚴謹的，我對吸積體的分析基於上述結論作出。

三、吸積物是流體，呈現流體的特性，不是空間個體，這一點極其重要。

當大量塵埃被黑洞強大引力吸引到達視界附近時，它們會獲得極高的速度。有一部分被吸入了黑洞，倖存的塵埃在視界表面流淌。塵埃顆粒因相互摩擦與碰撞破碎，形成高溫等離子體流。

（等離子體間頻繁的碰撞使其在視界表面擴散開來）

等離子體並不是一個個孤立的個體，它們之間有頻繁的接觸和碰撞，所以會將彼此推開。又因為黑洞引力關係，外面的塵會對赤道內層的等離子體造成強大壓力，因此黑洞表面高速流動的等離子體會向壓力更小的高緯度地區移動。

等離子體粒子之間持續碰撞的力足以抵消其因質心引力向赤道移動的趨勢，並最終在高緯度區域的某個橫截面達到力的動態平衡。

如果在視界高緯度地區有一顆人造衛星在繞軸線飛行，那麼根據力學原理，它要麼掉入黑洞，要麼改變軌道並最終回到赤道面上。但在M87*周圍的並不是一顆一顆的衛星，而是稠密的塵埃，這些塵埃之所以變成高溫等離子體，正是因為它們之間有劇烈的碰撞與摩擦。這種碰撞與摩擦的力與黑洞質心引力相結合，使我們需要從流體力學的角度來思考黑洞吸積盤的形態，而不是將其中某一個粒子單獨拿出來做力矩分析。

這就是我判斷M87*黑洞吸積盤很厚的原因。

（一張黑洞的照片，它完全被包裹了起來）

M87*的吸積盤並不是套在腰間一張薄薄的唱片，它更像是一團包裹著黑洞的等離子體漩渦，我們能看到的，只是黑洞北極直徑55億公里的孔洞。在這個孔洞的四周，是以1/3光速旋轉的高溫等離子體渦流。

感謝你的關注。

在黑洞外，任何時候都不可能快過光速，除非是使用曲速引擎式的執行形式。當然了，M87黑洞周圍的等離子體也不可能讓黑洞的旋轉超過光速，這是相對論不允許的。

該黑洞質量是太陽的65億倍，如果把它按照史瓦西黑洞計算 其半徑可以達到約117億千米，這麼算下來，兩天繞其一圈的等離子體確實超過了光速，環繞速度高達64萬千米每秒。但是，科學家並沒有說這個黑洞就是史瓦西黑洞，也沒有說該黑洞的視界半徑有多大。前兩天公佈的照片，只是證明該黑洞存在，相對論是對的，具體很多該黑洞的細節資訊，並沒有展露出來。

既然不一定是史瓦西黑洞，那麼它的視界半徑就不能按照史瓦西公式計算。黑洞的型別很多，有克爾黑洞、R-N黑洞、克爾-紐曼黑洞。當然，這些是愛因斯坦場方程解出來的黑洞，至於是否還有其它型別的黑洞，很難說。這些不同型別的黑洞，結構也不一樣，視界半徑的定義肯定也不一樣，所以周圍的等離子體到底是如何旋轉的，處於黑洞的何種位置旋轉，還不是很清楚。所以，現在就以史瓦西黑洞半徑去判定超光速，有點為時過早了。

當然了，以上也是個人的一點猜測，各位有好的見解嗎？

我的簡短理解與解釋如下:實際上不是物質速度快過了光速，是黑洞造成的空間扭曲，這個理解可以參照宇宙大爆炸造成的時空膨脹，越遠離地球的星系速度越快，直至超過光速，但是實際上不是星系的速度超過了光速，是空間的膨脹造成的相對速度，就好比一個氣球上兩個點，隨著氣球膨脹兩個點越來越遠。

其實黑洞就是一個空洞，為什麼是空洞呢？大家看看漏斗，水旋轉下去產生離心力，越往中心位置旋轉速度越快，離心力也就是所謂角速度越大，物質自然儘量往外拋離。漏斗是小範圍黑洞，我們常見的颱風眼也是一樣，然後我在往大的看，許多星際物質形成一個大的風暴，中心和颱風漏斗一個原理，其實什麼都沒有，所以看不見，為什麼連光都看不見，這點相關理論是正確的，因為靠近中心的旋轉速度已經大於光速了，因而旋轉速度極快，連光線都被拋離出來了，但我們地球可見的颱風眼，只是氣壓相對低點，因為體量不夠，不至於連光線都被拋離了。所以黑洞就是一個連光線都被拋離出來的絕對空洞。這就是一個基本的物理原理。

所以我們假設真有所謂的實體黑洞，為什麼看不見呢？一定有邊緣的，就像這次黑洞照片，中間一看明顯的空洞，難道又是一件皇帝的新衣嗎？

相信大家家裡都有一個放大鏡吧。我們不妨做一個實驗。

將一個物體放在放大鏡下以一定速率勻速運動。，這樣是不是就會發現從放大鏡的焦平面上看這個物體的“像”運動速度=物體的實際運動速率X放大鏡的倍率？

黑洞、大質量星體所造成的引力透鏡效也是相同的道理。我們有的時候所觀測到的超光速現象其實就是透過了放大鏡來看運動。

大質量天體（不僅僅是黑洞）都會因為質量巨大引起時空的扭曲，從視覺上看就是向透過一塊放大鏡來觀測放大鏡後面的物體。因此會有一個“倍率”。

同時，再說一個概念，我們看到M87*周圍的等離子體，實際上還是在黑洞視界之外的等離子體吸積盤。但這個黑洞視界之外依然受到了引力透鏡的影響，成了在放大鏡下運動的物體。

本身這個等離子盤並沒有超過光速，而是遵從著答案前面的 速度=實際速度X放大倍率的公式讓大家覺得這個東西是超光速運動了。

當然了，這種現象不僅僅只在M87*黑洞中具有，在很多天文觀測中都可以觀測到的很多天體運動都是有“超光速”特性的。

這個倍率特性在有的情況下也被我們所利用估算一個遙遠天體的質量。

再說一下史瓦西半徑，史瓦西半徑並不等同於黑洞的半徑。

按照相對經典的黑洞研究來說，黑洞就是一個奇點，這個點是沒有半徑的。所謂的史瓦西半徑就是黑洞的不可逃逸引力範圍，也叫做黑洞視界。在黑洞視介面到奇點間現在的理論認為是一個完全絕對的真空。

在史瓦西半徑內，只要有物質，就會被吸引到奇點中，因此這個區域是一個完全沒有物質只有引力作用的空間——絕對的真空環境。

等離子體兩天繞M87黑洞一週，按照史瓦西半徑計算是超光速的，這是怎麼回事？

不得不說這個話題開啟的是一局絕對的尬聊，對於釋出會上說的等離子體兩天環繞M87*黑洞，那很明顯就是兩天一週，畢竟都是天文學家，比起咱這些圍觀群眾來肯定要專業，而且是相當專業，那麼剩下的是如何給這個兩天環繞黑洞的說法洗地？

您肯定會以為我會放一張M87*黑洞的照片，其實你錯了，因為我覺得那張黑洞實在太難看，所以還是來張藝術圖吧，很多時候我們並不想見到真人，但卻不得不見的時候還是開個美顏相機比較尊重大家，要不然大家都那麼忙，你卻給我看一張南瓜臉，對得起時間嗎？當然圖是啥樣的並不太重要，我們要的是資料！

M87*的質量是太陽的65億倍，根據史瓦希半徑公式我們可以計算出它的史瓦希半徑為191.6億千米，那麼它的周長約為1203.7億千米，2天繞一圈，那麼速度為696600.7KM/S，如您所願，大約就是70萬千米/S，很肯定的超過了光速，而且還2倍還多！這實在沒法解釋，似乎我們只能從黑洞噴流方面來解釋這個原因！

我們先來了解下黑洞自轉軸兩極的相對論噴流：成因是吸積盤表面的磁場沿著黑洞自轉軸向兩極扭曲發射的現象，在條件允許的情況下，兩極都會有這個相對論噴流！一般意義上認為，這個噴流是不帶電荷！

那麼從黑洞吸積盤到黑洞兩極噴出時，是沿著黑洞視界表面彎曲的磁力線逐漸往上的，因為黑洞強大的引力不可能會讓這些物質輕易離開，因此會走出一個近似黑洞視界的螺旋形曲線！

當然眼尖的朋友應該發現了上圖是木星的磁場示意圖，因為剛好可以來示意黑洞的噴流從兩端噴出而在視界表面的路徑！不過有一點需要注意的是，這些物質是實體存在的物質，因此不可能達到光速，能從兩極逃逸出黑洞的物質也是遵守黑洞的第二宇宙速度定理，在距離視界表面比較遠距離且沿著磁力線前往兩極，有空的朋友可以計算下這個速度，不過未知的引數有兩個，有些不太好計算，但理論是能滿足要求的！

因此各位不必擔心超光速的悖論會出現，只是我們觀測的位置引數會有一些區別而已！

M87中心的黑洞距離地球大約有5500萬光年，其質量也相當的大，相當於64億個太陽，並且它有一條相當強大的噴流，向外延伸可達5000萬光年。而等離子體是什麼呢？它是一種電中性物質，又被稱為電漿，可以導電，也可以受到磁場的影響。它是宇宙中重子物質常見的一種形態，大部分存在於星系團內介質和恆星之中。

而M87的史瓦西直徑大約有200億千米，等離子體兩天繞M87黑洞一週，也就是說它兩天走了600多億千米。要換算的話，其速度就是每秒大約36萬千米，而光速是29萬多千米，不足30萬千米，所以這樣比較看來，等離子體繞黑洞一週，其速度都超過了光速，著實令人吃驚！那麼，這是為什麼呢？

我們都知道，黑洞具有極大的引力，所以，這就可以使黑洞周圍的物質產生非常快的運動。據研究，在一個恆星質量大小的黑洞邊緣，一物質進行一整圈的公轉時間都用不了一微秒，並且再加上等離子體本身的特殊性，所以其繞黑洞運動，速度也就非常之快了，甚至都趕超了光速。

這樣問題來了，咱不照環狀結構1000億公里直徑來算，咱就照繞轉190億公里的史瓦西半徑的黑洞視界來算這個線速度Ⅴ，已知半徑r=190億公里，則周長C=2πr=1193億公里，時間T=2x24x3600=172800秒，則V=C/T≈690393公里/秒（這和題主在描述中所說的70萬公里/秒吻合），仍然是超光速。那問題出在哪兒？

所謂的史瓦西半徑是完美球對稱不自旋黑洞的事件視界半徑。但對M87星系超大質量黑洞的觀測特徵顯示與廣義相對論預測的帶自旋的黑洞產生的黑洞陰影一致，這表明M87星系中央黑洞是個帶自旋的黑洞，而並非是靜態的理論上的史瓦西黑洞。帶自旋的黑洞更符合現實，這個黑洞和自旋無電荷的克爾黑洞有點相似（由於專家沒有透露詳細資料，咱們只能推斷），

其視界半徑和史瓦西半徑略有差異。下面具體分析一下。M87星系黑洞周圍的吸積盤應該是類似太陽這樣的恆星在某種情況下被黑洞撕裂吞噬後剩下的碎片殘碴形成的，這些殘碴碎片不是自己主動環繞黑洞高速旋轉的，而是受到黑洞的強大引力作用得以加速逃生的。它們被摩擦加熱到十幾億度，變成等離子體，用專家的話說旋轉是很湍急的，這是等離子體的第一個速度來源，是相對所在時空的速度。

其次速度的第二個來源就是旋轉黑洞（克爾黑洞）的參考系拖拽效應，即這麼大質量自旋的黑洞旋轉必然拖動著周圍的時空一起轉動，這可以理解為黑洞視界周圍時空的“旋轉速度”等於光速。這樣這些殘碴碎片形成的等離子體吸積盤的速度就有兩部分組成：除了黑洞引力作用產生的高速旋轉外，還要加上時空本身的“旋轉速度”，這樣一來等離子體的環繞速度很輕鬆就“超”光速了，由於時空本身的速度不受光速限制原理限制，所以等離子體旋轉速度並沒有違反相對論。由此可以看出，在地面看來的等離子體超光速旋轉實際上很大一部分是黑洞自身拖動著周圍時空的旋轉。至於黑洞視界內部由於時空曲率趨向於無窮大，即時空無限小，那光速限制原理更管不了了，掉落於黑洞內部的物質的速度都是超光速向中心奇點下落。

對提出此問題的小夥伴表示衷心的感謝，對您的科學精神表示欽佩，也對您觀察的細緻入微表示無比的敬服。

提出此說法的人，多數的計算路徑為：首張黑洞照片釋出會直播現場公佈的M87黑洞吸積盤的公轉週期為兩週，然後又透過施瓦西黑洞的解估算出此吸積盤的半徑；利用公轉週期和估算半徑算出的吸積盤的等離子體的速度發生了超光速現象。這才引發了網友們的一致疑問。

然而這樣的計算方法其實是錯誤的。

這是因為，史瓦西黑洞是一個靜態的，不帶電荷和自旋的黑洞。施瓦西半徑也只是一個靜態黑洞的視界半徑。然而我們從這次拍攝到的M87黑洞照片可以分明的看出，這個黑洞是帶自旋的黑洞。所以我們就需要來看看帶自旋的黑洞和不帶自旋的黑洞有什麼區別。

從影象上看，這個黑洞是帶自旋是毫無疑問的。在黑洞吸積盤內側靠近視界的等離子體毫無疑問的，它們的速度唯一可能性是無限接近光速。其實我們可以按照這個來計算一下這個時候，黑洞的引力半徑是多少。2.4(天）X24（小時）X3600（秒）X30(萬千米/秒）/(2X3.14)≈99.1億千米。按照光線在引力半徑1.5倍處出現閉合計算，M87黑洞的實際引力半徑為66億千米左右。

我們可以看出來，這個半徑跟某些媒體按照史瓦西黑洞計算公式給出的190億千米的視界半徑相去甚遠。

究竟是什麼原因讓M87黑洞發生了這麼詭異的事情呢？

老郭給出的理由是自旋。正是因為M87黑洞的自旋造成了它的黑洞視界半徑變小的現象。也就是說，有自旋的黑洞的視界半徑，要比同樣質量沒有自旋的黑洞半徑小。

這是個什麼道理呢？

我們觀測到的一般的天體，都是自旋速度越快，那麼它的吸積盤的半徑就越大。為什麼這個現象到了黑洞這裡不成立了呢？

在這裡我們需要用光學幾何來理解這個現象。這個光學幾何又是個什麼東西呢？我們通俗的來說就是，如果物體沿著一個被引力場所彎曲的光線前進的路徑做恆速運動，則物體的行為可以視為直線運動。在光學幾何裡，最短距離被定義為光從一點到另外一點再返回的時間的一半，時間用放在第一個點的時鐘來測量。

在黑洞附近，強引力場中，光線被彎曲。物體運動速度越快它掉入黑洞的速度越快，這是因為在黑洞附近強引力場條件下，離心力也是向內的，這個效應只能用光學幾何來理解。大家先記住這個結論就好，老郭會在以後的文章裡專門寫這個話題。

由於離心力向內，帶自旋的M87黑洞只有一個辦法來保證視界外的等離子體的運動速度不超過光速才能滿足這個條件，那就是視界的半徑要比史瓦西半徑小，而且自旋速度越快這個半徑就會越小。這是一個合理的解釋。

換句話說，由於帶自旋的黑洞，會把自己的角動量透過引力漩渦傳遞給吸積盤中的等離子體，導致了帶自旋的黑洞的視界半徑比靜態的史瓦西半徑小。我們這個時候計算等離子體圍繞M87黑洞的運動半徑並不能按照史瓦西半徑計算出來的軌道運動，而是比這個半徑要小的運動軌跡。

總結，這次M87吸積盤的運轉速度並不超光速。

關於這個問題在看黑洞照片釋出會直播時我並沒有注意到，細心的網友後來發現了。

在剛發現這個問題時我的第一反應是：這黑洞很顯然不是史瓦西黑洞，所以它的半徑很顯然也不是史瓦西半徑。但是我很快發現不對，因為這裡說的並不是黑洞視界，而是吸積盤上的等離子體！

那麼很顯然，這是釋出會的一個BUG，為什麼我這麼肯定？繼續看你就知道了。

首先，吸積盤是繞黑洞高速旋轉的等離子體，它在不同半徑下的轉速是不一樣的，也就是說它不可能有一個統一的公轉週期，實際上吸積盤輻射至少一部分就來自於不同半徑繞轉時所產生的速度差導致的摩擦，也正是這種摩擦讓吸積盤內圈的等離子體被更慢的外圈等離子體減速從而落入黑洞。釋出會上說“等離子體僅需要兩天的時間就能夠環繞M87的黑洞一週”這BUG鐵定洗不掉了。

一開始我首先想到的是這是個克爾黑洞而不是史瓦西黑洞，極端克爾黑洞的半徑是遠小於史瓦西黑洞的，然而我很快發現，這還是不對，這裡明明說的是等離子體，而發光的等離子體是在黑洞陰影（黑洞圖片中中間的黑色圓面）外的，而黑洞陰影的半徑是在史瓦西半徑的2.5倍，即陰影的直徑是史瓦西半徑的5倍左右，根據計算，65億倍太陽質量的史瓦西半徑大約是192億km，按照發佈會給出的陰影直徑1000億km基本相符，這麼一來就怎麼算也算不準了，到此我已經確定這釋出會絕對有BUG了。至於BUG是怎麼產生的，繼續往下看。

根據廣義相對論數值模擬，科學家發現在帶有吸積盤的黑洞上，會產生一個視邊界（apparent boundary），這與我們平時說的視界是不一樣的，在靠近視邊界外的光子會在繞黑洞數圈後逃離，而視邊界內向外輻射的光子只要還沒落入視界，就還是能逃離出來，但在逃逸過程中將產生嚴重紅移，這樣在視邊界的內外將產生一個明顯的邊界，從遠處看將看到黑洞陰影邊緣產生一個高亮度的圓環。這就是此次視介面望遠鏡陣列所要拍攝的影像。

這就是吸積盤最後能繞黑洞旋轉的位置了，對於一個高速自轉的克爾黑洞，它能足夠的靠近黑洞視界，而我能想到的繞黑洞轉得最快的吸積盤部分就是這裡了……而正是這個讓我99.99%確定釋出會上是說錯了。看圖：

這是此次釋出的6篇論文裡第二篇論文的第3頁，是之前根據廣義相對論計算的銀心黑洞和M87中心黑洞的相關資料。由於此前用兩種方法估算的黑洞質量並不一致，相差了接近一倍，所以這裡同時給出了M87黑洞的兩個質量估算值，表中第1行是黑洞預估質量，第6行就是最內層穩定圓軌道（ISCO）的繞轉週期，看到沒有，2.4天！這大概就是釋出會上那“等離子體僅需要兩天的時間就能夠環繞M87的黑洞一週”的資料來源了，然而這個數值是按33億倍太陽質量估算的……而根據此次公佈的M87中心黑洞質量是65億倍太陽質量，差不多大了一倍！也就是說，即使最內層穩定軌道的吸積盤，繞轉週期也至少達到4.8天左右！還是覺得很快對吧？忘記告訴你了，這是轉半圈的時間……

看到上圖中週期上的兩個資料了嗎？一大一小，小的那個就是向我們方向轉半圈的週期，而大的那個就是遠離我們方向轉半圈的週期……而這也正是產生黑洞影象上上部暗下部亮的原因！

根據上面分析已經可以去確認那句說吸積盤兩天繞黑洞一週的話是錯的，而實際上我也簡單查看了此次發表的六篇論文，都沒有找到實際測量到的吸積盤轉速的資料，上面論文中的資料都是之前理論計算的結果。所以這個問題大概能畫個句號了。結論是：釋出會上搞錯了。