主题：330-詹姆斯.韦布望远镜教会了我们什么？1 -- 万年看客

https://www.youtube.com/watch?v=lK4EZiIpC14&t=533s

尼尔.德格拉斯.泰森（以下简称泰森）：感谢大家参加今天这场大概是第25届艾萨克.阿西莫夫纪念小组辩论会，我是尼尔.德格拉斯.泰森，你们的私人天体物理学家。同时我也是海登行星馆的弗雷德里克.P.罗斯科普项目主管。今天的辩论会是我们的年度活动。这项活动始于2000年，源于艾萨克.阿西莫夫家族的支持。我直到最近才知道，阿西莫夫一辈子写了600多本书，其中大部分的资料采集工作都是在我们博物馆的研究图书馆进行的。所以他留下了相当丰厚的遗产，我们想要确保对他的纪念足够鲜活，于是就有了这个活动。

我们都知道今晚的主题是吧？我在外面遇到几位听众一上来就问我：“今晚什么题目？”我说你们几位这是真爱，连什么主题都不知道就来了。今晚我们讨论詹姆斯.韦布太空望远镜带来的宇宙革命。这架望远镜对于早期宇宙的观测结果很难根据我们之前对于宇宙运作的理解来加以解释，因此我们认为这是今年嘉宾讨论的合适主题。我首先介绍嘉宾，请每人讲几句话，让你们了解一下他们，然后我们就开始对话。大家不妨将接下来的活动想象成你在偷听我们这些人在科学会议休息室里的对话。你就应该这样看待我们即将做的事情。我今天扮演主持人，如果嘉宾们说了什么话我认为你可能听不懂，我就补充两句，但是大多数时候今天其实是一帮科学家们在彼此之间进行科学家的对话。谢谢你们能来捧场。

接下来有请今天的嘉宾。我给大家简要介绍一下他们的专业知识。首先是我的老朋友与老同事，当年我们两个一起在天体物理学的体系里摸爬滚打到了今天。芝加哥大学的温迪.弗里曼/Wendy Freeman，温迪请上台吧。

来自德克萨斯大学奥斯汀分校的迈克尔.博因兰-库钦/Michael Boylan-Kolchin——我应该没念错吧？迈克尔请上台。

接下来的嘉宾就来自市中心的CCA——我们一会儿还要详细介绍她的工作机构——瑞秋.索姆维尔/Rachel Sommerville，瑞秋，上来吧好邻居。

来自乔治亚理工学院，约翰.怀斯/John Wise，约翰，出来吧。

第五位嘉宾是来自康涅狄格州纽黑文市耶鲁大学的普里亚姆瓦达.纳塔拉扬/Priyamvada Natarajan，有请普里亚。

这里的每个人都是各个领域的专家，他们的领域包括计算机数据模拟以及针对早期宇宙的观测，特别是关于星系形成的观测。我们很快就会谈到为什么这很重要。普里亚，你的专业兴趣和专长是什么？

普里亚姆瓦达.纳塔拉扬（以下简称纳塔拉扬）：我的专长和兴趣实际上在于不可见的宇宙，或者说需要依靠推断才能确定其存在的宇宙组成部分，包括暗物质、暗能量和黑洞。

泰森：你说“不可见”的时候，你的意思是望远镜看不到，而不仅仅是肉眼看不到？

纳塔拉扬：不，我指的不仅是肉眼。这些实体不会发出任何波长的光线，所以你只能间接推断它们的存在。结果我们发现它们在宇宙当中就算不是主角，也扮演着非常重要的角色。

泰森：也许比我们能看到的东西更重要。

纳塔拉扬：绝对的。

泰森：这有点诡异，你在说你是专门研究我们看不见的东西的专家，而且看不见的东西要比能看见的东西更重要——你自己听听你说得这都是什么话。

纳塔拉扬：或者说隐藏的东西总是比眼前的东西更重要。

泰森：这么说听起来就诗意多了——隐藏的东西总是比眼前的东西更重要，谢谢你的名言。接下来是来自乔治亚理工学院的约翰。

约翰.怀斯（以下简称怀斯）：没错。

泰森：桃子之乡。

怀斯：桃子之州。

泰森：那么你的专长是什么？

怀斯：我在全国最大的几台超级计算机上进行计算机模拟，模拟宇宙当中的第一颗恒星与第一个星系的形成，试图看看它们如何从头开始形成的。

泰森：因为这些现象观察不到，必须依靠模拟。

怀斯：没错，即使是詹姆斯.韦布太空望远镜也看不到最小的星系。

泰森：所以我们必须相信你为模拟程序输入的初始数值是正确的。

怀斯：没错，是的。

泰森：我们待会儿还要再谈谈这个话题。瑞秋，你来自市中心的CCA，这是新成立的机构，请用一分钟时间介绍一下这个机构以及你为什么要加入他们。

瑞秋.索姆维尔（以下简称索姆维尔）：CCA代表计算天体物理中心，我们是熨斗研究所的五个中心之一，熨斗研究所是由吉姆和玛丽琳.西蒙斯创立的西蒙斯基金会支持的，每个中心都致力于计算科学的不同方面。

泰森：生物学是其中之一，对吗？

索姆维尔：生物学、神经科学、数学、量子物理，还有天体物理学，也就是我们的领域。

泰森：你的专长是什么？

索姆维尔：我喜欢说我在计算机上制造星系，此外为了好玩我还会制造超大质量黑洞。我还是选取詹姆斯.韦布望远镜首次观测对象的决策团队的成员。

泰森：方向盘在你手里。

索姆维尔：更准确地说，我们在韦布第一次开机时对于它的指向有一定的发言权。

泰森：很有趣，我们回头细聊。迈克尔，来自德克萨斯州。你对于宇宙的兴趣在哪里？

迈克尔.博因兰-库钦（以下简称博因兰-库钦）：我也研究暗物质，我是一个理论家，我使用大型计算模拟，此外我也尽可能多地进行纸笔工作。我的兴趣在于约翰研究的第一批星系的后代，所以我环顾宇宙，寻找可能是这批星系的化石遗迹的东西——

泰森：等等，约翰刚才说他的专长是制造星系，他没有说“制造第一批星系”，这是一回事吗？

怀斯：我制造的确实是最早的第一批星系。

泰森：好吧。

博因兰-库钦：——即使借助詹姆斯韦布望远镜我们也无法直接看到这些最早的星系在形成时的情况，但是我们今天依然可以看到它们留下的化石遗迹，所以我们可以很好地研究它们，从而得知关于暗物质的知识以及宇宙最初阶段发生了什么。

泰森：温迪，我们认识很久了——别跟我客气，咱俩的交情也是一段重要的科学史，因为咱俩入行的时间都在哈勃望远镜发射之前，而你对于哈勃望远镜首先应该观察什么、首先应该指向哪里以及为什么具有很大的发言权。当时我们还不确定宇宙的年龄，上下限之间差了两倍。回头想想当年我们真应该感到尴尬。而你打算解决这个问题。所以请大略介绍一下哈勃望远镜的背景故事以及你在其中扮演的角色。

温迪.弗里曼（以下简称弗里曼）：没错，我们当时对于宇宙年龄的估算上下限差了两倍，下限是100亿年，上线是200亿年。

泰森：你敢说就一定在100亿与200亿之间吗？

弗里曼：不太可能在这两个数字之外，但是鉴于我们当时的无知，也并非完全不可能。所以建造哈勃太空望远镜的主要原因之一实际上是为了解决这场辩论。

泰森：这就是建造哈勃的动机。

弗里曼：事实上在设计主镜片尺寸时的考量就是这块镜片必须能够更详细地观察那些我们用来测量宇宙距离的星体，或者说位于室女座星系团的造父变星。

泰森：等等，我以为镜片尺寸是由航天飞机载荷舱的尺寸决定的。

弗里曼：那是另一个限制因素。

泰森：镜片如果做得太大，就装不进航天飞机了。

弗里曼：没错，而且做得更小一点也会更便宜，之所以没有做得更小，就是为了解决这场辩论。

泰森：明白了。

弗里曼：所以当时太空望远镜科学研究所的所长组织了一个专家组，讨论哈勃能够完成的最重要项目是什么，解决这个项目将会是哈勃的第一优先事项，他称其为关键项目。用他的话来说，大望远镜就该完成大项目。假设哈勃进入太空之后没几天就要坠毁，掉进大海里，而且某些项目如果没能趁这几天时间完成我们就永远不会知道答案，那么这些项目是什么？测量哈勃常数或者说宇宙膨胀速率就是最高优先级的项目。

泰森：我还真没想到这一点。所以说关键项目指的是如果望远镜在轨道上发生不可预见的意外，起码最重要的项目已经解决了。

弗里曼：是的，他担心如果他组建一个委员会来决定使用时间的分配，委员会只会为了雨露均沾而将使用时间切成小块，可是有些重大问题需要更多时间才能解答。所以他将这些问题指定为关键项目，分配了很多时间。

泰森：而你就得到了一个关键项目。你是解决了宇宙年龄争论的主要论文的作者，那么那篇论文认为宇宙的年龄是多少？

弗里曼：137亿年。

泰森：听起来可丁可卯的。

弗里曼：非常可丁可卯，自从我们发表了关于这个问题的最后一篇论文以来已经过去了23年。根据我们使用的计算方法、按照我们利用哈勃望远镜获取的数据算出来的这个数字至今都没有改变。

泰森：迈克尔，你同意宇宙年龄是这个数吗？

博因兰-库钦：我认为还有一种替代方法可以测量宇宙年龄，那就是通过宇宙微波背景辐射，这是宇宙最早阶段的光。通过统计研究它的属性，我们可以得知宇宙的组成部分。

泰森：等等，如果你用的不是微波背景，你又是怎么算出宇宙的年龄的？

弗里曼：我们测量附近的星系离我们有多远，以及它们以什么速度移动。鉴于宇宙正在膨胀，我们可以使用宇宙学模型倒退出宇宙的年龄。

泰森：正是埃德温.哈勃在二十世纪二十年代率先进行了这方面的尝试——莫非因此这台望远镜才用他的名字命名？

弗里曼：确实如此，并非偶然。

泰森：确实如此。而你不观察星系，而是从后门之间观察宇宙年龄。

博因兰-库钦：没错，我们实际上确实在宇宙的开端。只要尽可能看向远方，就能看到宇宙的第一道光。这道光能够告诉我们最早期宇宙的性质，再结合宇宙学模型，我们得出了宇宙年龄是138亿年，上下偏差2000万年到2500万年。

泰森：她的回答是137亿年，你的答案是138亿年，总共差了一亿年你们俩就杠上了——

博因兰-库钦：我认为这个差异——

泰森：我刚入行那会儿上下偏差两倍呢！

博因兰-库钦：朋友之间多一亿年少一亿年照理说没啥大不了的。但是我认为还有一个更大的问题，也就是如何在当地测量哈勃常数。温迪是这方面的专家与先驱，她肯定知道不同的研究团体有时会得到不同的常数，可能有些常数确实会给出一个更年轻的宇宙年龄，比方说128亿年。一亿年或许可以一笑而过，十亿年恐怕就不太行。

泰森：所以早期宇宙研究领域对立严重。

博因兰-库钦：可能吧。

弗里曼：同意。

泰森：瑞秋，你对宇宙的年龄有什么想法，还是随便他们告诉你什么你就信什么？

索姆维尔：我对星系不太关心，只要恒星比宇宙年轻就好，如果情况不是这样那就麻烦了。我读研的时候就出过这种事。

泰森：你要不说我都忘了，有一段时间好像有人发现了比你们宣称的宇宙年龄更古老的恒星。这个发现登上了新闻头条，闹得很尴尬。问题最后是怎么解决的？

弗里曼：我们发现宇宙膨胀正在加速，并且用哈勃望远镜得到了更好的测量结果，然后问题就解决了。

泰森：待会儿我们可能从普里亚学到更多关于这方面的知识。那么我们现在要想确定宇宙年龄应该听谁的？——不，不，我不想挑动你们俩内斗，我只是说这两种方法本身都很合理，但是它们给出了两个不同的答案，而且这两个答案的不确定性并不重叠，所以必须有人让步。你们两个谁会让步呢？

弗里曼：我认为有趣之处在于至少有以下几种可能性。可能有些数据出了错，误导了我们。或者我们的模型当中可能缺少了某些东西，比方说标准模型必须要假设暗能量和暗物质的存在才能成立，那么这一差异可能意味着宇宙当中还有其他我们尚未发现的东西。后一种可能性更加令人兴奋，因为这意味着我们可以通过比较这些数值来了解早期宇宙的某些基本特质。不管怎么说我们都生活在同一个宇宙当中，因此不同算法得出的宇宙年龄理应匹配。目前的情况就像我们在高山两侧对向挖隧道，结果两边没能合龙。这点差异是否重要？这就是我们正在尝试回答的问题。

泰森：所以迈克尔，听起来你对于你的答案比温迪对于她的答案更有信心。

博因兰-库钦：作为一个优秀的理论家，我可以为任何答案进行辩护，无论它们对不对。

泰森：优秀的理论家才能做到这一步，不太优秀的理论家都不太行。

博因兰-库钦：我非常感兴趣的一个角度——我认为这个角度正在重新变得有趣起来——就是宇宙当中最古老物体的问题。既然宇宙的年龄都会因为算法不同而存在差异，而且现在我们有了更好的观测仪器，例如韦布望远镜与其他天文台，那么现在我们能否更加准确地测定恒星与星团的年龄？因为如果我们现在可以明确主张“最古老的星团的年龄大于宇宙年龄的下限”，那么我们就能肯定这个下限是错误的。

泰森：明白了。那么请问瑞秋，詹姆斯.韦布望远镜发现了关于早期宇宙的什么特征让所有人都感到兴奋？

索姆维尔：我认为有两件事让我们感到兴奋。首先，韦布望远镜发现在非常非常早的宇宙当中存在很多非常非常亮的星系，发出大量的紫外线，而在韦布望远镜发射之前发表的理论并没有预测到这么多如此明亮的星系。这一点引起了很大争议。然后稍晚一点我们又开始发现其他证据表明早期宇宙存在超大质量黑洞。与理论预测相比，这些黑洞更大更重，出现时间也更早。也许这两件事相互关联。星系比我们的预测更多更明亮，黑洞比我们的预测更庞大。现在的问题在于如何理解这些现象。

泰森：所以我们对于早期宇宙的能量层级预测偏低，这么说没问题吧？

索姆维尔：我很喜欢你这种说法。我们首先进行的分析之一基于我们当时估算的这些天体的质量，而这些质量实际上相当不确定。

泰森：你指的是黑洞的质量还是星系的质量？

索姆维尔：我说得是星系的质量，更准确地说是星系当中恒星的总质量。我们无法直接观察质量，只能观察光线。对于这些早期天体，我们主要观察它们释放的紫外线，因为光线在到达我们的过程中发生了红移。

泰森：我澄清一下，詹姆斯.韦布太空望远镜专门精确观察红外线，而你说的是早期宇宙当中天体放出的紫外线。这两者有什么关系？

索姆维尔：正如我们所说，宇宙正在膨胀。这些最早期天体的光线向我们传播了136亿年多一点——

泰森：怎么又冒出来一个136亿年？——哦这是最早的星系形成的时间。

索姆维尔：没错，宇宙出现之后花了一两亿年才形成最早的星系——

泰森：一两亿年，洒洒水啦。

索姆维尔：——它们发出的光线在向我们传播的过程中发生了我们所说的红移，换句话说就是波长变长了。刚刚发出的时候还是紫外线，但是到达韦布望远镜时就成了红外线。

泰森：所以我们事先就知道韦布会拍摄到原本是紫外线的红外线。

索姆维尔：我们事先早就知道。这就是基础物理学的作用。

泰森：那么詹姆斯.韦布太空望远镜——

索姆维尔：这几乎就像是他们事先计划好的，对吧？

泰森：——在设计之初就具备了对于星系形成极其敏感的功能，因为我们早就知道这些星系会发出大量紫外线。

索姆维尔：实际上观测范围无法超越某个红移阈值也是哈勃望远镜的不足之一。一方面哈勃的镜片还是太小，收集到的光线不足以让它看见太微弱的光源；另一方面波长超过某个阈值的红外线它也看不见。如今韦布允许我们看到这个阈值以上的光线。

泰森：我再来问问约翰，为什么星系中心的黑洞这么重要？

怀斯：今天我们看到 所有星系中心都有超大质量黑洞，但是——

泰森：我们看过的所有星系？

怀斯：是的。我们见到的绝大多数大质量星系中心都有大黑洞。但是在早期宇宙中情况并非总是如此。哪些星系形成了超大质量黑洞，哪些没有，这是一个大问题。同样重大的问题在于这些超大黑洞到底来自哪里？换句话说我们正在寻找超大质量黑洞的种子。重大问题在于如今的超大质量黑洞究竟一开始就这么大，还是从小型黑洞逐渐成长起来的？韦布望远镜观察到，早期宇宙当中的超大黑洞的质量几乎相当于包含它的星系当中的全部恒星。但是现在的超大黑洞的质量仅仅相当于星系当中恒星总质量的千分之一。仅仅就质量而言，今天的黑洞要大得多——

泰森：今天的？

怀斯：今天的。但是就其质量在星系当中的占比而言，当年的黑洞要大得多。

泰森：我明白了。普里亚，他的意思好像是宇宙仍然还在不断形成。

纳塔拉扬：是的。

泰森：当年的黑洞不像今天这么大，但是在星系总质量当中却占据了远远更大的比例。

纳塔拉扬：没错。

泰森：那么可以说黑洞是星系得以形成的种子吗？

纳塔拉扬：我认为先有黑洞还是先有星系是个尚未解决的重大问题。我们知道两者会一起成长，不过偶尔一个小黑洞确实可以成为种子，周围逐渐形成恒星。我们还相信所有的黑洞都需要一个宿主星系，不存在四处漂浮的裸体黑洞。

泰森：好的。所以说先有星系。

纳塔拉扬：我认为这还有待观察——

泰森：不是你刚才说的么！

纳塔拉扬：在非常早期的宇宙或者说婴儿宇宙，或许存在一类原始黑洞。这些黑洞如果确实存在，那么它们的存在必然早于我们所知道的任何物质的形成——不过我们并不知道它们是否存在。

索姆维尔：我们也不认为这些原始黑洞是如今的超大型黑洞的种子，是吧？

纳塔拉扬：我们并不这么认为。但是它们依然可能存在。

索姆维尔：是的。

纳塔拉扬：它们可能不是我们如今看到的、每个星系中心都有一个的超大黑洞的种子。但它们有可能是非常早期的星系的种子，这还有待观察。问题在于观察黑洞很容易，想要知道它来自哪里却几乎不可能，因为黑洞不会留下任何关于自身的信息，例如喂养这个黑洞的质量来自哪里，以及它的形成过程。所以我们唯一理解黑洞由来的方式——正如瑞秋所说，黑洞既然无处不在，那么形成黑洞的方式必然不止一种——就是观察黑洞种子的质量与其宿主星系的质量之间的关系。

泰森：因为星系最终会喂养黑洞。

纳塔拉扬：是的。来自星系的气体会喂养黑洞。不过恒星也是从同样的气体当中形成的。

泰森：是的。

纳塔拉扬：正如约翰所说，在非常早期的宇宙当中，如果存在某种形成黑洞的特殊方式——我们几年前预测形成这些黑洞的方式必须不止一种——那么自从宇宙诞生之初就可以形成非常巨大的黑洞，成为巨大的种子。我们碰巧通过韦布望远镜找到了这方面的证据。

泰森：但是约翰，你究竟怎么就创造了超大质量黑洞？莫非你的模拟软件里有个旋钮，你调整调整然后说，“这一来就与事实匹配了，所以我一定是对的。”话说你的软件里有多少个旋钮？

怀斯：我的软件有很多旋钮，但是需要专家才能玩得转。

泰森：我就是说啊。温度、年龄、尺寸、质量分布，这些都是可调参数，你不断调整直到匹配。那么我们可以在多大程度上相信你的旋钮配置能够反映实际宇宙？我们怎么才能相信你没有编排出一大堆匹配方式，好让实际宇宙怎样都能凑上你的模拟结果？

怀斯：因为——

泰森：你要是说“我的模型与现实不匹配”，那就别想发论文。只有成功匹配才有论文可发。

怀斯：没错。

泰森：但是我凭什么相信你呢？

怀斯：我的意思是——

泰森：普里亚你也有这个问题。

纳塔拉扬：我承认。

泰森：所以我的质疑是同时针对你们俩的。

怀斯：首先我必须确立我自己对于模拟的信心。宇宙非常复杂，我们的模拟也很复杂。所以我们首先要进行测试性的模拟，将模拟结果与实际相比。比如一开始我们仅仅模拟一颗超新星，我们不断注入能量，眼看这颗模拟恒星的死亡与膨胀方式是否符合实际观察结果。我们进行许多次此类测试，并且将结果与解析解进行比较。然后我们才将各种测试的过程一起加入超级计算机模拟当中。你确实无法预测这些过程如何相互作用。但是针对这些测试的解析模拟多少能为你提供一些信心。

泰森：所以你的模拟也是一步一步来。

怀斯：嗯。

泰森：逐渐培养对于整个系统的信心。

怀斯：没错。是的。

泰森：好的。普里亚你的计算机和他的一样强大吗？他说他用了超算。

纳塔拉扬：我偶尔也使用超算，但是我也在研究宇宙的故事线。我一次仅仅模拟一个时间段的宇宙。然后我使用他的模拟将这些时间段全部串联起来，然后我用观察到的各个宇宙时期的数据来对照模拟告诉我们的内容。

泰森：好的。所以她用的是真实数据。（笑声）

纳塔拉扬：他用的也是。

泰森：好吧。瑞秋，你说早期宇宙的黑暗时代是什么意思？

索姆维尔：正如迈克提到的，宇宙的第一道光实际上是大爆炸后留下的气体的微弱光芒。在那之后——

泰森：这些微光我们已经观察到了。

索姆维尔：——没错，我们确实已经观察到了宇宙微波背景辐射。在那之后一段时间，宇宙里没有恒星，没有吸积黑洞，没有任何发光的东西。所以我们称那为黑暗时代。黑暗时代结束的标志就是宇宙中的第一颗恒星诞生并且开始发光。

泰森：那大约是在宇宙诞生之后多久？

索姆维尔：我们认为是在大爆炸后1亿到2亿年之间。我们还没有看到第一颗恒星。即使是韦布望远镜也依然不够强大，看不到它们。但我们的理论预测应该是在大爆炸后大约1亿到2亿年。

泰森：约翰，我上次读到，韦布望远镜在黑暗时代发现了星系。

怀斯：我不认为黑暗时代存在任何星系。但是他们确实发现了非常——

泰森：等等，所以你是说你是对的，詹姆斯.韦布太空望远镜错了？

怀斯：詹姆斯.韦布太空望远镜没有感情，所以我想它不会难过。但是——

泰森：就算对它进行人身攻击它也无所谓是吧。

怀斯：是的。我认为他们确实发现的星系比我们以前看到的要早，但是还没有早到我们所谓的黑暗时代，即在宇宙中第一颗恒星形成之前的时代——我们还没有看到那么远的东西。

泰森：那么温迪，如果我们将宇宙微波背景暂且抛开，仅仅观察这些早期星系，这些星系是否有助于确定宇宙的年龄？

弗里曼：你想问对于早期宇宙的观测是否揭示了——

泰森：是的，是的。按照公开说法，詹姆斯.韦布星系观测到了似乎来自黑暗时代的景象，这让你得到了比你以前使用过的更早的数据。这有助于你进一步确定宇宙年龄吗？

弗里曼：我认为正如迈克尔之前所说的，这是另一种获得宇宙年龄的方式。也是一种非常不同于局部观察的方式。我认为今天这场对话表明，研究宇宙需要多管齐下，需要了解很多知识，特别是关于恒星的知识。向遥远的宇宙看去，我们看到的是一整个星系的总体发光。你没有机会观察单个恒星。

泰森：因为它们太远了，无法解析其中的单个恒星，对吗？

弗里曼：太远了，它们的光线在我们看来都是一团一团的，看不到单个恒星。基于星系的不同，其中恒星的形成历史也可能非常不同——不同的金属丰度，不同的红化程度，导致红化的尘埃种类不同，还要恒星形成时的分布不同。

泰森：你说金属丰度，可是早期宇宙究竟生成了多少重金属？重金属元素不是只能通过超新星爆发来生成吗？那时候就连恒星也只是刚刚才出现，哪里来的超新星？

弗里曼：可是我们确实在这些早期天体的光谱当中看到了重金属元素。

泰森：那我换个问法：我们为什么能在早期宇宙看到重金属元素？毕竟那时候超新星还没机会爆发，因此也就没有机会将它生成的元素传播到宇宙当中。

弗里曼：我认为这是一个有趣的问题。我的意思是，韦布望远镜的令人兴奋之处也正在于此。我们有一套关于星系形成的理论，但是这套理论并不完全符合韦布望远镜的观测结果。我们必须解释我们看到的景象。用你的话来说，理论模型当中有很多旋钮，而且还可以添加更多旋钮。我们要不断调整这些旋钮，直到理论可以解释观测结果为止。所以我会说，在解释宇宙年龄方面我们还要面对额外的挑战。

泰森：我忘了提到一个重要的观点，约翰——你调整旋钮，得到结果。所以你有没有办法确定，用其他方式调整其他旋钮就一定无法得到相同的结果？

怀斯：现在我们可以将模拟结果与韦布望远镜的观测结果进行比较。在詹姆斯.韦布升空之前，我们只能将一套模拟结果与另一套模拟结果进行比较，比来比去心里总是没底——我们模拟的星系真的现实吗？回头看来，以前我整天忧心忡忡，因为我们模拟出来的星系比其他小组的模拟结果更重。那时候我们没有机会将模拟结果与观测结果进行比较，因为其他小组模拟的都是当前的星系，可是我们却专注于大爆炸之后第一个一亿年间产生的早期星系。然后韦布望远镜给出了观测结果，证明这些星系要比大多数人的预期更重或者更亮。这一点与我们的预测相匹配，也让我的自我感觉十分良好。这么多年以来压在心头的担忧终于得到了消解。

泰森：我们都为你感到高兴。（笑声）普里亚，我喜欢你的说法——你把不同的宇宙时间段拼接在一起。

纳塔拉扬：是的。

泰森：然后与来自那些这些时间段的数据进行比较。那么韦布望远镜的发现如何影响了你对黑洞的理解和研究？韦布望远镜看到的是早期星系的光池。那时的黑洞究竟起到了什么作用？黑洞能告诉你星系形成得更早或更快吗？你从韦布望远镜哪里得到了什么线索？

纳塔拉扬：事实证明，直到大约五到十年前，我们还认为黑洞在星系形成过程中起不到多大作用，因为它们的质量与星系当中的全部恒星相比微不足道。

泰森：不过如果你掉进黑洞里去了，对于你来说依然会是很糟糕的一天。

纳塔拉扬：没错。

泰森：但是我一个月前刚刚读到，我们在韦布望远镜观察到的某个早期星系当中发现了有史以来质量最大的黑洞？

纳塔拉扬：没错。

泰森：谁记得具体数字？到底多大？

纳塔拉扬：大约是100亿个太阳的质量——

泰森：谁能不喜欢天文学家呢？“也没多少，100亿而已。”我们拿着天文数字完全不当回事。那么我们所在银河系中心的黑洞有多大？

纳塔拉扬：它只有太阳质量的400万倍。

泰森：那也太小了。

纳塔拉扬：不过仍然算是超大质量黑洞，因为任何超过太阳100万倍的天体都被归类为超大质量。

泰森：它确实仍然是超大质量黑洞，但是货比货得扔啊。

纳塔拉扬：咱们这个黑洞确实相当普通。

泰森：是的。就连黑洞都要相互攀比。

纳塔拉扬：（笑）是的。

泰森：所以你得应对这个超大黑洞。

纳塔拉扬：对。

泰森：它将改变你对星系形成的一切看法。

纳塔拉扬：没错。所以在早期宇宙只有一个大型气体库，恒星和黑洞都是从冷却的气体中形成的，双方会为了争抢气体而竞争。无论是黑洞还是恒星，赢得竞争的关键都在于谁成长得更快。所以当我们看到来自詹姆斯.韦布的数据时，我们看到的整体光线——

泰森：来自两者。

纳塔拉扬：来自两者。但是我们还有光谱。恒星与黑洞都有非常特定的光谱特征。将这些特征视为光波波长的函数，就能算出这些天体发出的能量。我们知道一个正在成长的黑洞的特征是什么。所以尽管我们看到的是复合光线，但是依然可以通过分析光谱来得知光线背后有一个正在积极成长的黑洞，此外也有恒星。发现一个快速成长的黑洞的关键在于来自黑洞的X射线辐射。因为气体在黑洞附近会遭到加热。X光是气体掉进黑洞之前的垂死喘息，因为气体会在掉进黑洞的过程中不断加速并且加热发光，这就有了黑洞发出的X射线辐射。

泰森：这些气体发出的光如此灼热——

纳塔拉扬：是的。

泰森：以至于热成了X光。

纳塔拉扬：是的。所以你应该能够——

泰森：到底多热？一百万摄氏度？

纳塔拉扬：一千万。

泰森：一千万摄氏度。

纳塔拉扬：一千万到一千五百万。这么热的物体必然足够亮，你本应该能够看到。所以这里的大问题在于你真的能够看到第一个黑洞吗？你本应该能够用钱德拉X射线望远镜和詹姆斯.韦布太空望远镜看到它。

泰森：那么那时候的X射线现在是什么？

纳塔拉扬：它们仍然是X射线，因为这些是硬X射线。

泰森：好的。所以说这些X射线实在太X射线了，以至于哪怕经过了红移，仍然位于光谱的X射线频段。

纳塔拉扬：是的。

泰森：这意味着我们没有足够的词汇来划分X射线部分的光谱。

纳塔拉扬：我们一般就说硬X射线和软X射线。

泰森：这里的硬与软与它们摸起来感觉怎么样无关。（笑声） 这与它们能多快杀死你有关吗？

纳塔拉扬：或者说它们的能量层级有多高。

泰森：所以当年的硬X光如今依然还是X光。

纳塔拉扬：是的。

泰森：这是我们的偏见作祟。因为我们能看到可见光，于是就发明了很多词汇来描述这个非常狭窄的电磁光谱范围内的所有颜色。而X光就只有软硬俩字来区别。

纳塔拉扬：我们的语言必须适应我们的视网膜，对吧？

泰森：我能接手这一点，只不过我更喜欢精确的措辞。

纳塔拉扬：所以如果用韦布望远镜和钱德拉望远镜能看到同一个正在孕育黑洞的星系，那就是积极成长的黑洞的确凿迹象。麻烦之处在于，如果你看不到X射线，那么就必须解码多少可见光来自恒星，多少来自黑洞。

泰森：明白了。

纳塔拉扬：不确定性就在这里。

泰森：我复述一遍你刚才说的话。如果有X射线，那就一定有黑洞。

纳塔拉扬：绝对。

泰森：但是有黑洞未必一定有X射线。

纳塔拉扬：是的。

泰森：或许黑洞周围的气体不够热，放不出X射线。然后你必须设法通过其他方面——比如光谱或者——

纳塔拉扬：是的。光谱的线条以及光谱的形状。

泰森：好的。

纳塔拉扬：这是固有的不确定性。钱德拉X射线望远镜是一台了不起的望远镜。但是鉴于它的分辨率所限，它不能完全看到宇宙的最远边缘，而这是韦布望远镜现在正在观察的地方。所以你需要一些聪明的技巧，必须看宇宙当中一些非常特殊的地方——

泰森：你告诉公众你在科研工作当中取巧。

纳塔拉扬：取巧是必须的。

泰森：好的。

纳塔拉扬：还得靠魔法。（笑声）

泰森：但是我还有不明白的地方。瑞秋，如果黑暗时代就有星系，而且那时候本来不应该有星系，那么什么地方出了问题？是不是数据有什么问题？因为这种情况以前发生过，你们也都知道。是什么实验来着？好像是测量宇宙微波背景——反正论文作者误解了数据。然后论文读者纷纷惊叹道：“哇！宇宙微波背景当中有一个全新的奇怪特征，让我提出理论来解释它。”他们提出了理论来解释它。“小菜一碟，我是理论家，我解决这种问题轻而易举。”结果原始论文的数据缺陷暴露了，顺带也暴露了一批打蛇随棍上的理论家。（笑声）

博因兰-库钦：你说的是BICEP的结果。

泰森：BICEP是什么的缩写？

博因兰-库钦：我还真不记得了。

泰森：好的。

弗里曼：我猜它与B模式有关。

泰森：再说一遍？

弗里曼：它与B模式有关，也就是追寻早期宇宙当中的引力波。

泰森：好吧，B模式。

弗里曼：它们观察的是引力波在微波背景中的特征。需要小心的是，除了引力波之外，尘埃也会导致微波背景的偏振。

泰森：你说的是我们自家后院的尘埃，我们自己的银河系当中的尘埃。

弗里曼：我们自己的银河系当中的尘埃，没错。所以纠正这一点至关重要。而且——

泰森：他们没有正确地纠偏。

弗里曼：当时有人在会议上一边放幻灯片一边念出了上面的读数。他们不该这样做。