黑洞與時間彎曲（第一推動叢書·宇宙系列）

基普·索恩是美國理論物理巨擘，也是電影《星際穿越》的科學顧問和聯合制片人。他自幼受家庭學術氛圍薰陶，先後求學於加州理工學院和普林斯頓大學，師從約翰·惠勒。他曾任加州理工學院教授，發起並領導LIGO引力波探測項目，2017年因該成果獲得諾貝爾物理學獎。他以嚴謹而富有想象力的科普風格著稱，善於把複雜理論講得通俗易懂，是當代物理學與大衆文化溝通的典範。 《黑洞與時間彎曲》是一部融合科學、人物故事與歷史脈絡的宇宙學科普經典。索恩以親歷者的視角，描繪了惠勒、澤爾多維奇、錢德拉塞卡、霍金等大師的智慧與個性，也記錄下與他們之間的合作、博弈與趣事，讓讀者看到科學發現背後的人性與激情。 書中系統介紹了廣義相對論、時空彎曲、黑洞視界、潮汐力、霍金輻射以及引力波等核心概念，展示了量子力學與經典引力在極端天體中的交匯。每章附有詳細註釋和文獻指引，爲讀者提供進入黑洞物理領域的路線圖。作者用科幻小故事開篇，與科學講解遙相呼應，讓人感受到科學與想象之間並無鴻溝。整本書以人物爲骨、物理爲核、文獻爲脈，鋪陳出一條理解黑洞與時空彎曲的清晰之路。

從前有一顆蘋果落了下來，砸到了少年的頭。砸出了牛頓三大定律與萬有引力定律。我們有了新的武器解釋這個世界的奧祕。 在偶然間，電與磁的聯繫被發現了。電生磁，磁生電的奧祕展現在我們眼前。麥克斯韋集齊電磁規律，世界離我們更近了些。 可是電磁規律與機械運動造成了分離，我們要怎麼去解釋，才使得世界不因此而分開。 伯爾尼專利局小職員的愛因斯坦給出了答案。 狹義相對論的誕生，牛頓力學與電磁理論變得相融了。而廣義相對論，更是讓我們對引力有了更深刻的理解。光電效應的發現，又開啓了量子力學。愛因斯坦的遺產，讓世界改變了模樣。 而黑洞，這個愛因斯坦理論的必然之物，終於進入了我們的世界。 質量越大的恆星，引力越大。當恆星燃燒殆盡時，強大的引力可以讓恆星坍縮。 那麼，恆星死亡之後，是什麼樣子的呢？如果質量足夠大，是否會被撕碎而形成黑洞呢？ 錢德拉塞卡極限告訴我們，恆星死亡後如果小於 1.44 倍的太陽質量，是會形成白矮星。而白矮星的電子簡併壓足以對抗恆星引力。 奧本海默極限告訴我們，恆星死亡後如果小於 2～ 3 倍的太陽質量，而又大於錢德拉塞卡極限，是會形成中子星。而中子星是由強大的引力將電子壓入質子中，形成的中子簡併壓對抗引力。 最後，恆星死亡後如果超過奧本海默極限，也就是引力強大到足以撕碎恆星遺骸，而引力依舊，會不斷的向星際吸引物質，甚至連光都無法逃脫，而這就是黑洞。 如果黑洞連光都可吞噬，那我們該如何看見呢？黑洞有哪些特徵，讓我們這些依靠光的反射而呈現世界的人類能認出它是黑洞呢？ 史瓦西依照愛因斯坦場方程給出了一個解，而這個解是構築的四維時空幾何，爲我們揭開了黑洞理論的一角。 史瓦西半徑勾勒出了黑洞視界，物體離視界越近，引力越強，時空曲率越大，時間流逝越慢，在到達視界的那一刻，遠離視界的我們觀察時，時間永恆了。而物體其實已經進入了黑洞內。 可是，史瓦西解只能解釋靜止的黑洞，如果黑洞旋轉起來呢？又該如何？ 惠勒提出了黑洞無毛理論，我們只能依靠黑洞質量，旋轉角度，和帶電荷來觀測。我們無法知道黑洞成爲黑洞之前是什麼樣的，無法知道黑洞內部的具體情形。 而黑洞旋轉起來時，會有巨大的旋轉能，使得視界的形狀發生像因地球自轉而使赤道突出的樣子。旋轉帶電的黑洞還能引起噴流現象，通常是與吸積盤垂直方向。 黑洞會不斷的吞噬信息，但是如果將尺度拉到量子層面，量子力學又無法測底銷燬信息。那麼，我們又該怎麼解釋黑洞現象？ 霍金將量子力學與廣義相對論部分結合，給出了量子引力的部分定律。通常在黑洞內，粒子無法逃逸。但是在視界周圍時，量子層面會有虛粒子對形成，其中一個粒子在視界外，那麼這個虛粒子會轉成實粒子，逃逸黑洞。也就是霍金輻射。 依照霍金輻射，黑洞是在不斷的蒸發，質量不斷變小，視界表面積變小，質量越小，輻射溫度越高，蒸發速度越來越快。到了末期劇烈爆發，黑洞爆炸而徹底消失。 而蟲洞與時間機器的設想，也是對愛因斯坦的遺產的一種應用。是否能夠實現，也許只能期待後人的智慧了。 黑洞與時間彎曲，是愛因斯坦的廣義相對論留給我們的巨大遺產，我們可以以此去探索宇宙，去尋找宇宙如何誕生，宇宙將到何處，我們將見到怎樣的世界。 也許我們還未能完全認識黑洞，但我相信，在迷途中往返，在思想裏跳躍，人類思想那令人驚奇的力量，定可以認識宇宙的複雜，發現主宰它的基本定律的終極的單純、精妙和壯麗。

個人覺得非常不錯的一本書，雖然成書已久，但書中的知識還未過時。 本書一開始，先用一個小故事《黑洞之旅》來介紹黑洞的一些特點，故事寫的很生動，很容易理解。 隨後，作者開始介紹愛因斯坦的廣義相對論，因爲黑洞這一概念，最先是由愛因斯坦的廣義相對論計算出來的，而非觀測而來。愛因斯坦當時認爲方程有誤，覺得宇宙中不會存在黑洞。 緊接着，圍繞黑洞的存在與否，物理學家和天文學家開始了長時間的論戰。一開始，大部分專家都認爲黑洞是不存在的，後來是在少數人的堅持下，再配以天文學家的發現，最終證明了黑洞的存在。其中比較著名的是惠勒、澤爾多維奇和席艾瑪。同時，書中還介紹了恆星坍縮的另外兩種結果——白矮星和中子星的發現和確認過程。 接着，作者開始從專業角度介紹黑洞的一些特質和黑洞的尋找方法，其中關於黑洞特質比較有名的一句話是“黑洞無毛”。 最後，作者從科學角度討論了黑洞裏有什麼、蟲洞以及時間機器的問題，其中黑洞裏的世界給出了猜想，蟲洞給出了科學解釋，時間機器予以否認。 本書中間還穿插着原子彈和氫彈的故事，以及引力波的探測故事。 本書中間穿插着一些相對廣義相對論方程來說非常簡單的數學計算，在我看來，一般人看懂沒有壓力。 有興趣的可以讀讀。

我讀這本書時，明明許多漢字都認識，可是它們連在一起，我不明白他們的意思，思維跳的太快，智商明顯跟不上。大段大段略過那些我不懂的東西，還剩一些可以理解的，對於我而言這就足夠了。時間旅行是可行的，而且在經典層面看，不會發生悖論。一個人回到過於，無論做什麼樣的努力，也無法改變過去或者現在，因爲在量子領域中這些時空是被“定義”了的。按我的理解，就是即使我回到過去，也分不清哪個是現在回去的我，哪個是過去的我，儘管有很多種走向結果的路，但最終一定會是在那裏。這就像是冰箱門打開之前，你永遠不會知道冰箱裏的燈是不是亮着。我不知道有沒有人把宗教與科學一同研究，並從中獲取到靈感或者答案的。但我覺得宗教其實就是古人或者另一種文明的科學成果。關於過去現在未來，宇宙中的微觀宏觀世界，我們現在知道的不過是冰山一角，路還很漫長…

真是太好看的一本科學史書啦！本來以爲只是一本科普書，可以去了解一下關於天文學和黑洞相關的知識的，沒想到這只是書中最淺顯的那一部分；而以天文學和黑洞的研究爲線索，整本書繪聲繪色的描寫了以相對論和量子力學爲代表的前沿物理學在近百年來的發展，還有那些鮮活的科學家們的故事。 剛開頭就是超級驚豔的一個關於黑洞的短篇科幻小說，短短几十頁就把相對論、量子力學以及天文學中的前沿發現和預測串了起來。光速旅行的相對論效應，大質量恆星老去後形成的白矮星、中子星，形成中子星過程中的超新星爆發，黑洞，還有圍繞黑洞形成的類星體，都在小說中主人公的星際旅程中活靈活現的展現了出來。就像我在《圖解量子計算機》的書評裏說的，要了解一個複雜概念，可能直接跳過對概念的解釋，讓你去看到概念的應用，這樣反而更容易理解概念；這本小的科幻小說也是如此，通過主人公的光速旅行，通過他在不同的星體外的觀察和嘗試，尤其是最後在類星體外用黑洞的旋轉能爲自己搭建一個小的家園，這些抽象概念真的從未有過的清晰和鮮活。 然後就是洋洋灑灑十四章的正文，與其說是十四章科普或者科學史，不如說是十四章節的小劇場，每一個劇場的舞臺上有一個有意思的科學主題，比如黑洞是否存在？類星體之謎？奇點可以裸露嗎？還有時間機器可以存在嗎？等等等等。圍繞這這個主題，我們可以看到不同的角色輪番上場，有相對論物理學家，有實驗物理學家，有天文觀測學家，有天文物理學家，甚至還有納稅人和喜歡天體的網民；他們或者通過論壇集會，或者通過在研究所的研究，或者是友好的辯論和賭局，還有艱辛的數學計算和實驗觀測，在未知的科學旅途中照亮一處又一處的黑暗；但是相同的是那種溢出屏幕的能量，那種對未知事物的好奇心，對真理的捍衛，追逐自己喜愛的事物，而這些超越了很多無謂的紛爭。 比較意外的是，對天文的觀測史，或者對黑洞的研究史，實際上更像是對相對論和量子力學理論的開拓史。就好像在20世紀初對“兩朵烏雲”的研究產生了物理學的革命一樣，對黑洞的研究也絕不僅僅是對宇宙中天體的無謂的探索，而是我們世界中的“偏遠地帶”，這樣的探索將拓展我們對世界的理解；對天文的認識也更多了，頭一次知道原來天文學的研究除了可見光波段以外，還有射電波段、x光波段乃至引力波，而每一次觀察對象的拓展都是對現存宇宙模樣的更新和對我們認知世界觀念的革命。看這本書期間正好看到了我們國家愛因斯坦探針號衛星觀測到月球x射線形式的樣子，特別開心自己看的書馬上就能用上，本來這則新聞將不會在我心裏留下任何痕跡，然而現在我開始理解了這則新聞中每一個字的含義。 另一個被激發的興趣是數學以及對數學和物理之間關係的好奇。愛因斯坦場方程幾乎貫穿這本書，大部分對天文與黑洞新的研究進展似乎都起源於在數學上發現了愛因斯坦場方程的一個新的解；還有很多其他數學工具也對物理理論的拓展起到舉足輕重的作用，比如微擾法讓物理學家可以以較低的誤差簡化許多方程；比如拓撲數學的引入成功的證明了黑洞必然形成奇點；還有幾乎所有新的物理理論都需要經過一系列的數學證明。作者在文中說，很多科普書就像是旅行時前往風景的路標，在看到風景後沒人會記得路標；而數學可能就是就是風景中必不可少的一部分。看起來還是得補點兒數學，從數學類的科普開始吧，這樣的路標算是風景中的一部分嗎🐶 在看這本書之前我對宇宙或者天文幾乎是沒有任何興趣的，唯一驚豔到我的是小時候看書裏說“我們現在看到的星星實際上是他們幾十億年前的樣子”；但現在我對天文和宇宙有了更多的好奇，希望有一天自己也能探索地球之外的世界，做一個宇宙公民🐶

這本書太深奧了，也太吸引人了，儘管大多數內容看不懂，我還是耐心的看完了，因爲我對浩瀚無垠的宇宙總是懷着巨大的好奇心和敬畏之心，我非常想知道黑洞是什麼？黑洞裏面是什麼樣子的？將來人類可以到黑洞內部去旅行嗎？黑洞對人類的未來有什麼影響？時間是怎麼彎曲的？時光會倒流嗎？在未來的世紀裏，時空可不可以再生？如何再生？量子泡沫會不會產生多個宇宙？等等。雖然書中沒有給予標準答案（目前也不可能有標準答案，因爲人類一直處於宇宙的探索過程中）但還是站在科學的邊緣仰望了星空。神奇而迷人的宇宙，偉大的人類到底能瞭解多少呢？但願人類的智慧能夠揭開這個神祕宇宙的真相。

馬哲在辯證法中是這樣提及真理與謬誤的：真理是在一定範圍內纔是真理，超出這個範圍，真理就成了謬誤。放到這本書來，什麼是真理？牛頓經典力學是真理；愛因斯坦相對論是真理；量子引力理論也是真理。只不過從範圍來講，量子引力理論>廣義相對論>狹義相對論>牛頓經典力學，它們逐級向下兼容。 牛頓經典力學在地球上，甚至是在太陽系都是真理，因爲現在我們知道即便它存在誤差，但在地球上使用誤差也只是在千百萬億分之一的範圍內，所以對我們現實生活來說完全是真理。可到了描述高速運動物體時，它的誤差就大了，需要開始用到狹義相對論，因爲宇宙中光速是絕對的，物質的時間線各有不同，這裏牛頓經典力學就錯了。 等到了黑洞視界附近，因爲質量使時空彎曲，在這裏狹義相對論就不夠用了，需要使用廣義相對論。廣義相對論的範圍擴展到了黑洞視界內外。再往裏走，等到了黑洞中心的奇點，在這裏連廣義相對論也會產生很大的誤差，不能再使用，需要開始使用量子引力理論來描述奇點的性質。量子引力理論也許是宇宙終極理論，也許不是，我們無從得知。 所以科學不是證實，科學是證僞，通過證僞不斷規範真理的適用範圍，讓讓其趨於完美。 在這本書的主題——黑洞和時空彎曲，可以用一句話來概括：物質決定時空如何彎曲，時空決定物質如何運動。引力它不是傳統意義上的“力”，它的本質是物質和能量造成時空彎曲，以至於時空內的物質運動指向奇點。 我們以光線爲例子，牛頓力學認爲是因爲黑洞的視界內引力太大，讓光線彎曲無法逃逸而使其向奇點運動，但這種觀點現在來看是錯了。廣義相對論說，在視界內所有的時空都向奇點彎曲，就是說進入視界內的光線，它未來的傳播路徑都是指向奇點。 從視界內部來看，光線依舊沿直線運動不會彎曲，但光線傳播的這個時空發生了彎曲，使光線沿彎曲的時空朝着奇點傳播向前，就算再給光線一個力（儘管這是不可能的，如果是物質則可以作用一個力上去）它也無法從視界內部出來，因爲根本沒有這樣的傳播路徑。光線無論向哪個方向傳播，它往前走的每一個位置，都比當前這個位置更靠近奇點，這個力的作用只會使光線以什麼樣的方式和路徑傳播到奇點。 從視界外部看，光線肯定是彎曲了，但本質是因爲視界外的時空被黑洞彎曲了，但我們無法用肉眼觀察到視界附近的時空彎曲，我們只能看到經過這裏的光線發生了彎曲。越靠近視界的光線，其傳播的路徑就越向奇點彎曲，但其只是路徑發生了彎曲，它依然可以逃離黑洞。可當它走進視界後，它的路徑就完全指向奇點了，因爲這個時空都是指向奇點，再沒有別的路可以傳播，它的未來就只能指向奇點。

難以想象高中數理化渣渣的我已經啃完第三本相對論方面的科普書。雖然渣，但對宇宙的好奇絲毫不減，憑着好奇心和收集材料的需要，硬是什認認真真地啃了下來。 要用三維空間觀念去想象四維空間世界真的很難，簡單說來就是，書裏每個字你都認識但就是不知道它在說什麼，因而看得極慢，很多段落要反覆讀好幾遍去理解和想象，也正因如此，當切實用自己的思考方式理解了某一點的那一刻，那是說不出的快樂和滿足。 這本書我推薦，若有興趣可以挑戰下。亮點在於出自真正的科學家而非科普作者，索恩作爲諾貝爾獎獲得者，身列物理界頂層，認識很多科學界大佬，因此書裏的知識絕對嚴謹靠譜，而人物軼事也基本都是第一手的，科學家們不再是教科書上刻板的介紹，而是一個個活生生的人。你能看到很多不怎麼出圈但依舊非常傑出的科學家的故事，能看到某個理論是如何萌芽到成熟。 寫作上條理清晰（但你能不能看懂是另一回事），用語通俗，態度嚴謹謙遜，沒有爲了抖機靈而做什麼不入流的比喻，幽默得恰到好處，比某些輕佻的科普作者好很多——從這點也能看出作者實力的區別，手到擒來的幽默是實力，而爲了讓人理解而做出用力過猛的比喻則是自身水平不足。 友情提醒，因爲老外寫作風格和國內迥異，一開始會不習慣，看着看着看順了就覺得好看了，關鍵是，它真的能激發你對物理的好奇。

耐心地讀過這本書之後，感覺整個人塌縮成了1納米的黑洞，我站在自己的奇點看宇宙，銀河系燦爛輝煌，遠處澄碧如洗，時空正在以光速流向無限的盡頭，劃出一道時隱時現的優美軌跡。它刻在你的腦海中，也刻在浩瀚的星空裏。

整本書講量子與相對論交匯於黑洞，在硬核物理學知識之外，還涉及理論發現過程的認識論問題，在敘事中充滿了人性溫度。 摘：庫恩（ThomasKuhn）的規範概念，很好地描述了理論物理學家工作的智力活動。1949年，庫恩在哈佛大學獲得物理學博士學位，後來成爲著名的科學哲學家。在1962年的《科學革命的結構》一書裏，他提出了規範的概念——那是我讀過的最有見識的一本書。 一個規範就是科學家羣體在研究某個問題和與別人交流研究結果時所用的一整套工具。在廣義相對論上，彎曲時空觀是一個規範，平直時空觀是另一個規範。每個規範包括三個基本因素：一組數學化的物理學定律；一組供我們洞察定律和幫我們與人交流的圖像（頭腦裏的、口頭上的和畫在紙上的）；一組典型事例——即過去的計算和已經解決的問題，可以是教科書上的，也可以是科學論文裏的。