《黑洞简史》上

大家好，今天太空米为您精读的书是《黑洞简史》

以时间为顺序全面梳理黑洞理论诞生和发展的曲折经历，阐述黑洞的成因属性，以及对宇宙未来的影响。

在我向你讲述这本书之前，我想请你跟着我一起到黑洞跟前，看一看想一想，如果有一天，你和你的队友穿着宇航服来到黑洞面前，会有什么样刺激的经历在等着你。

首先，黑洞是有边界的，这个边界叫做视界，也就是眼睛视力的边界。指的是我们能从外面看到的黑洞边缘越穿过这个边界，再往里由于光都没有办法出来，所以我们根本没有办法知道里面发生的事。要知道黑洞的这个边界，并不是一个固体表面，也没有一个牌子会提醒你，说你已经到黑洞世界了。这时，如果你冒险往前跨了一步，走到了黑洞的世界里面，你感到的并不会是撞到岩石的痛苦，而是广阔的空间。如果这个黑洞的质量是太阳质量的50亿倍。那么距离你从黑洞边界下降到最后被撕裂的地点还有21个小时。如果在这个时候，你回过头看看，位于黑洞世界外面的宇宙，你会看到宇宙未来发生的事情在以接近光速的速度疾驰而过。你手表上的每一秒钟，意味着外面世界过去了几十亿年，而如果在你越过黑洞世界的同时，你在的一个队友在外面看到了你，才会看到你似乎在那里静止不动永远保持年轻，永远不会被毁灭。是不是在觉得烧脑的同时又充满了刺激感。

黑洞是宇宙的终极统治者，他是一个质量无限大，体积无限小的点。在这个点上，光也无法从他的势力范围内逃出去。空间和时间都没有了意义，任何物理规律在这里都没有办法应用，黑洞就是这么一个危险又充满魅力的名词。现在有数不清的影视剧，以黑洞作为背景，吸引观众的关注。你可能会觉得黑洞这么与众不同，那么黑洞理论从诞生之日起，肯定得到了物理学家的追捧。

这本书想要告诉你的是事实恰恰相反，黑洞理论一直以来都饱受非议。最开始他被物理学家认为是荒谬的，后来又受到各种攻击。最终经过上百年的发展，才被物理学界接受。期间很多科学家都是在利用业余时间来研究，而在很长一段时间里，对黑洞进行研究被认为是不务正业。

这本书的作者叫玛西亚芭楚莎，是麻省理工学院的教授，有新闻学和物理学的双重背景，已经在物理学和天文学领域工作了30多年。曾在科研和科普方面获奖无数。作者新闻学的背景让这本书更加清晰易懂，笔法也非常生动，使读者不需要任何物理学背景，便能了解黑洞的相关知识。

这本书的影响力很大，被认为是时间简史以来最动人心弦的宇宙之书。好了，介绍完本书的基本情况和作者的概况。那么下面我就来为你详细介绍书中的内容。这本书讲了两个重要内容。第一个是黑洞理论发展的曲折经历。第二个是我们如何看到黑洞。

现在我们就先来看第一个重要内容，黑洞理论发展的曲折经历。黑洞产生的根本原因就在于引力。我相信大家对引力的概念是很熟悉的。三百多年前，牛顿由于一颗苹果砸在了自己的头上，发现了万有引力定律，我们能够站在地球上，而不是飘到空中，也是由于地球对我们的引力。虽然地球对人类有引力，但如果你想逃脱地球的引力，比如飞到月球上去，那也是有办法的，这个办法就是速度。人造卫星能够摆脱地球的引力，进入太空就是由于速度足够快。当然，从不同的星球逃跑的速度是不一样的，星球的质量越大，需要的速度也就越大。比如你如果想逃出太阳的引力范围，所需要的速度就比从地球逃跑所需要的速度大。沿着这个思路，在牛顿提出万有引力定律大概一百年后，英国有一个叫米歇尔的物理学家，把万有引力定律运用到极端状态，发现宇宙中可能存在着一种特殊天体。

在当时，科学家们相信光是由大量的微粒光子组成的。现在假说恒星产生的光，想要从恒星中跑出来进入太空。米歇尔认为，恒星的引力会吸引这些光的威力，并且恒星的质量越大抓住光的引力也就越强。这也就是说，从大质量恒星那里跑出来的光要比从小质量恒星那里出来的光慢一些。那么显然存在着这样的一种可能性。当恒星的质量达到一定程度的时候，所有的光都会被恒星的引力拽回去。

这就像是从喷泉喷射出来的水花达到最大高度后又会回落到水池中去。如果恒星能抓住自己辐射出去的所有光威力，那这颗恒星将永远不会被看到，这便是最早的关于黑洞的描述，米歇尔经过计算后发现，一颗与太阳的密度相同，但直径是太阳500倍的恒星就会变为黑洞。你可能觉得这么极端的例子，一定会在理论界引起轩然大波。但实际情况是这个有点儿怪诞的理论，并没有引起什么关注。又过了大约50年，光的另一个性质被物理学家提出来了，那就是光并不是有一个一个的小微粒组成的，而是像水中的波纹那样像波一样进行传播。这个理论否定了米歇尔而提出的黑洞理论的基本假设。因此，米歇尔的黑洞理论也就完全被人们抛弃了。不久之后，爱因斯坦的相对论在20世纪初登上了历史舞台。他经过计算发现光虽然不是由微粒组成的，但引力仍然会对光造成影响。这就是说，当一束光从一个有质量的物体旁边过去的时候，这个物体会把光向着自己的方向吸引过来。不过即使是地球这样的天体，对光的弯曲效果也是很小的，几乎可以忽略不计。但爱因斯坦提出，太阳的质量足够大，所以当光经过太阳的时候，太阳会弯曲光的行进路线。为了证明爱因斯坦的理论，当时的物理学家做了一个实验。他们拍摄了一组晚上的星空照片，不久之后又在日全食的时候，拍摄了一组星空照片。晚上拍摄的照片中那些来自星星的光线与太阳离得很远。日全食的时候拍摄的照片中星星的光线都出现在太阳附近。科学家把两种照片进行了对比，发现星星的位置果然发生了改变，太阳会把光先往自己的方向吸引过来。这个实验让人突然意识到天上的星光可能全都跑偏了，恒星很可能都不在他们原来的位置上。这个消息迅速传遍了全球。爱因斯坦也成为了全世界最瞩目的名人。他曾经在一封信里说道，我变成了那个可以把任何碰到的东西都变成黄金的人，任何事情只要和我有关就会变成大新闻。既然光线会被恒星吸引过来，德国的物理学家施瓦辛就做出了一个大胆的猜想。如果有一个恒星的质量特别大，以至于他不仅仅是将光线稍微向自己弯曲，而是把光线完全吸引到自己的势力范围内，从而使光线根本没有办法逃出去。那么这颗恒星不仅不会被外界看到，还会变成一个无底洞。光和任何物质都只能进去，根本没有办法出来。根据施瓦辛的计算，这样的一个恒星可能已经不能被称为恒星了。他具有质量无限大，体积无限小的特性。正是这个特性，让大多数科学家觉得施瓦辛的观点是荒谬的，并没有将施瓦辛的猜想，当成一件值得认真对待的事情。爱因斯坦认为出现施瓦辛所说的这种极端状况的原因是自己的广义相对论仍然有缺陷。而施瓦辛自己也觉得恒星在缩小到这么小的时候，一定会受到内部的一个反推动力。就像你使劲捏一个小球，这个小球会反过来向你施加一个推动力那样。因此，施瓦辛相信自己计算出来的结果在真实世界中不可能存在。

当时的物理学家不相信黑洞真存在的原因，就在于他们不相信宇宙中，能存在比太阳地球这样的星球密度还要大的天体。但是后来随着白矮星中子星被发现，物理学家发现宇宙中居然存在比地球的密度大甚至大几万亿倍的。这彻底颠覆了物理学界的一贯认知。而与此同时，前者的赛卡和奥本海默这两个重量级的物理学大师。分别通过计算发现恒星的质量如果足够大，那他在死亡的时候，会由于自身的引力过大而不断的向内塌陷，最终形成一个质量无限大体积无限小的黑洞。

这次连爱因斯坦也坐不住了，他写了一篇论文，对黑洞理论进行了批判，试图证明黑洞不可能形成。他还声称自己坚信黑洞不可能在现实中存在。而奥本海默本人也认为对黑洞的研究并不是自己的本业根本就没有将这篇论文章当回事儿。

事实上，在这之后的十几年时间里，如果有谁将自己的研究方向定为黑洞，往往会被人认为是在不务正业。广义相对论，虽然让爱因斯坦成为了世界名人，但他却经历了很长一段被人冷落的岁月。因为几乎所有人都认为，牛顿的物理学足够用了。广义相对论要解释的只是牛顿物理学无法解释的特殊情况。这些特殊情况包括物体的速度达到光速。行星的质量达到太阳的几亿倍时的情况等等。在这些极端情况下，牛顿物理学不再使用，只有广义相对论才能对其进行解释。但在二战之前，科学家坚信这样的极端情况，在宇宙中无法真实存在。因此，在当时物理学界，并没有什么人认真研究广义相对论。

二战之后，相对论的研究才逐渐有所起色。其中的一个原因有些不同寻常，和一位古怪的美国金融家有关，这个金融家叫罗杰巴布森，他在20世纪20年代股票市场最辉煌的时候赚了一大笔钱，他非常着迷于牛顿的三大运动定律特别是第三点。当两个物体相互作用的时候，彼此之间会向对方施加大小相同方向相反的力。对于巴布森来说，这意味着大幅上涨的股市会铁板钉钉的迎来暴跌的那一天。于是在1929年的股市大跌之前，他将自己的所有资金转移到了安全的地方。这让他成为美国最富有的人之一。安然度过了大萧条时期，大部分确信是牛顿从金融危机中拯救了他。而他小时候的一次经历，让他对重力研究情有独钟并设立了丰厚的奖金对该领域内的优秀论文给予奖励。

在巴布森的童年时期，他的大姐溺水身亡。这个阴影多年以来一直萦绕在他的心中让他没办法释怀。他一直坚信是重力将姐姐拉下了水底。既然特殊的绝缘体和防护物可以阻隔磁铁的磁性，那么能不能找到类似的绝缘体来克服重力呢。为了找到这种绝缘体，他设立了这个奖项，这个奖金资助的论文，最开始的时候被人当成笑话，因为他是反重力的，以至于很多人都把从事重力研究的人称为狂人和骗子。

但是有一位叫德维特的年轻相对论学者，为了赢得奖金给房子交首付，而提交了一篇重力研究论文，他在论文中说，寻找重力绝缘体，纯属是浪费时间。出乎意料的是由于这篇论文思维缜密，有理有据，最终奖金落到了德维特的头上让他如愿以偿的得到了心仪的房子。

从此之后，这项奖金得到了越来越多的人的关注。而重力研究不可避免的要转到和相对论相关的理论研究上。自此之后，相对论得到了越来越多的人的关注，而他也终于在实际中得到了应用，并和我们的日常生活密切相关起来。相对论中，曾有一个重要的论点引力会对时间产生影响。

举个简单的例子。在地球表面由于地球引力的作用，时间会比真空中没有引力的地方慢，这个观点已经得到了证实。围绕地球运动的全球定位系统的卫星上装载了最准时的时钟，他会比地球上的时钟跑的快一点儿。所以为了更精确的为地球上的汽车导航卫星，每隔一段时间就要对自己的时钟进行一次调整。这是相对论在人类生活中的第一次应用。

现在我们再回到开头的那个情景中，如果你进入了黑洞视界，黑洞巨大的引力会让时间变得如此之慢。以至于外面几十亿年过去了里面才过去了一秒钟。这也是为什么你在里面可以看到外面的宇宙，在以光速向未来运行而留在外面的人会看到你永保青春永远定格在哪里。