與苟利軍、朱進一同開啟探索之旅

科技 11-30

今天來說兩個故事。這兩個故事在時空中交錯，繪出了一幅人類探索宇宙的畫卷。

第一個故事的開篇，是幾十億年前。那時的世界和現在有很大的不同，那時的太陽系還很年輕，地球還完全不是這個宜居的藍色家園，更不要說動物、植物、人……

而在遙遠的宇宙中，兩個質量約為太陽質量30倍的黑洞，正在旋轉舞蹈。它們一開始緩慢地圍繞彼此旋轉，同時逐漸靠近對方。隨著黑洞彼此越來越近，旋轉的速度也隨之加快，最終，它們「擁抱」合併在了一起。

緩慢的旋轉持續可能持續長達十幾億年之久，而在最後的幾毫秒里，它們向茫茫宇宙發出了最後的「吶喊」。這串啁啾信號在宇宙中跨越空間，穿越了十幾億年。

而另一個故事的開始，是一個多世紀以前。

1915年，阿爾伯特·愛因斯坦寫下了廣義相對論，從此改寫了科學發展的歷史。廣義相對論預言了「黑洞」的存在——當時還不叫「黑洞」——某些大質量恆星會終結為時空發生極度扭曲的區域。

儘管愛因斯坦公布了他的場方程後不久，德國天文學家卡爾·施瓦西已經可以用精確的數學來充分討論它。但科學家們卻花了很長的時間才弄清楚這個解背後的物理意義。

這是由卡爾·施瓦西於1915年發現的愛因斯坦方程的最簡單解，此解的一個結果是可能存在黑洞。

直到20世紀60年代，隨著X射線天文學的出現與興起，第一個後來被確認為黑洞的系統——天鵝座X-1——被觀測到，這也成為20世紀60年代四大天文學重大發現之一。隨後，黑洞研究進入了黃金時期。

藝術化模擬出的天鵝座X-1黑洞。

之後，天文學不斷向前發展，理論與觀測齊頭並進。在20世紀六七十年代，我們累積了大量黑洞相關的知識，惠勒、基普·索恩、霍金這些耳熟能詳的名字也是這一時期的代表人物。

時間來到2015年9月14日，廣義相對論提出100周年，這兩個故事的時間線在這一刻相遇。在LIGO探測器運行時間裡，那串微弱的信號不早不晚恰巧來到了我們地球，儘管十分微弱，但仍然被靈敏的探測器捕捉到了。

這就是LIGO首次探測到的黑洞信號。

整個物理學界為之沸騰，就好像我們一直是紅色盲患者，突然在某個時刻眼前豁然開朗，我們生平第一次看到了一枝紅玫瑰。

而貫穿這兩個故事線的主角就是黑洞。

黑洞彷彿是宇宙中最調皮的孩子。黑洞的行為、對周圍物質的影響、背後的物理學原理，比任何科幻小說都更離奇古怪和令人費解。黑洞「表面」彷彿是一個通向深潭的瀑布邊緣，一旦通過表面，無論你費多大力氣——用火箭、激光炮或其他任何方法，也不管外界給予你什麼幫助，你都不可能回到外面的世界了。一旦進入，時空就會不可避免地跌落至能摧毀一切的奇點中。而霍金的研究卻又證明，黑洞並不黑。藉助量子力學，霍金證明黑洞有一定的溫度。黑洞這些奇怪又難以捉摸的特性一直吸引著科學家們的好奇心，還有太多問題尚未解答，等待被揭開。

同時，古老遙遠的黑洞又像宇宙的信使，通過引力波從遠方帶給我們有關宇宙的信息。截至目前，我們已經探測到了5例黑洞合併的引力波事件，人類在宇宙探索的征程中又向前邁進了一大步，多信使天文學時代由此拉開序幕。

在星辰大海的探索旅程中，人類還僅僅像個剛出生的嬰兒，剛剛睜開雙眼看見生活的宇宙。黑洞就如同一個宇宙給人類的一件奇妙的信物，不斷勾起科學家的好奇心，引領我們在征途中繼續前進。

在《黑洞之書》中，我們就即將展開這樣一場探索黑洞奧秘的奇妙之旅，從愛因斯坦相對論到霍金輻射，從施瓦西黑洞到旋轉黑洞再到黑洞碰撞，兩位物理學家用創造性的思想實驗和接地氣的類比方法，將黑洞的奧秘娓娓道來。國家天文台苟利軍教授和他的學生作為譯者，用最精確美妙的語言，將黑洞的故事一同講給我們聽。