黑洞与时间弯曲（第一推动丛书·宇宙系列）

基普·索恩是美国理论物理巨擘，也是电影《星际穿越》的科学顾问和联合制片人。他自幼受家庭学术氛围熏陶，先后求学于加州理工学院和普林斯顿大学，师从约翰·惠勒。他曾任加州理工学院教授，发起并领导LIGO引力波探测项目，2017年因该成果获得诺贝尔物理学奖。他以严谨而富有想象力的科普风格著称，善于把复杂理论讲得通俗易懂，是当代物理学与大众文化沟通的典范。 《黑洞与时间弯曲》是一部融合科学、人物故事与历史脉络的宇宙学科普经典。索恩以亲历者的视角，描绘了惠勒、泽尔多维奇、钱德拉塞卡、霍金等大师的智慧与个性，也记录下与他们之间的合作、博弈与趣事，让读者看到科学发现背后的人性与激情。 书中系统介绍了广义相对论、时空弯曲、黑洞视界、潮汐力、霍金辐射以及引力波等核心概念，展示了量子力学与经典引力在极端天体中的交汇。每章附有详细注释和文献指引，为读者提供进入黑洞物理领域的路线图。作者用科幻小故事开篇，与科学讲解遥相呼应，让人感受到科学与想象之间并无鸿沟。整本书以人物为骨、物理为核、文献为脉，铺陈出一条理解黑洞与时空弯曲的清晰之路。

从前有一颗苹果落了下来，砸到了少年的头。砸出了牛顿三大定律与万有引力定律。我们有了新的武器解释这个世界的奥秘。 在偶然间，电与磁的联系被发现了。电生磁，磁生电的奥秘展现在我们眼前。麦克斯韦集齐电磁规律，世界离我们更近了些。 可是电磁规律与机械运动造成了分离，我们要怎么去解释，才使得世界不因此而分开。 伯尔尼专利局小职员的爱因斯坦给出了答案。 狭义相对论的诞生，牛顿力学与电磁理论变得相融了。而广义相对论，更是让我们对引力有了更深刻的理解。光电效应的发现，又开启了量子力学。爱因斯坦的遗产，让世界改变了模样。 而黑洞，这个爱因斯坦理论的必然之物，终于进入了我们的世界。 质量越大的恒星，引力越大。当恒星燃烧殆尽时，强大的引力可以让恒星坍缩。 那么，恒星死亡之后，是什么样子的呢？如果质量足够大，是否会被撕碎而形成黑洞呢？ 钱德拉塞卡极限告诉我们，恒星死亡后如果小于 1.44 倍的太阳质量，是会形成白矮星。而白矮星的电子简并压足以对抗恒星引力。 奥本海默极限告诉我们，恒星死亡后如果小于 2～ 3 倍的太阳质量，而又大于钱德拉塞卡极限，是会形成中子星。而中子星是由强大的引力将电子压入质子中，形成的中子简并压对抗引力。 最后，恒星死亡后如果超过奥本海默极限，也就是引力强大到足以撕碎恒星遗骸，而引力依旧，会不断的向星际吸引物质，甚至连光都无法逃脱，而这就是黑洞。 如果黑洞连光都可吞噬，那我们该如何看见呢？黑洞有哪些特征，让我们这些依靠光的反射而呈现世界的人类能认出它是黑洞呢？ 史瓦西依照爱因斯坦场方程给出了一个解，而这个解是构筑的四维时空几何，为我们揭开了黑洞理论的一角。 史瓦西半径勾勒出了黑洞视界，物体离视界越近，引力越强，时空曲率越大，时间流逝越慢，在到达视界的那一刻，远离视界的我们观察时，时间永恒了。而物体其实已经进入了黑洞内。 可是，史瓦西解只能解释静止的黑洞，如果黑洞旋转起来呢？又该如何？ 惠勒提出了黑洞无毛理论，我们只能依靠黑洞质量，旋转角度，和带电荷来观测。我们无法知道黑洞成为黑洞之前是什么样的，无法知道黑洞内部的具体情形。 而黑洞旋转起来时，会有巨大的旋转能，使得视界的形状发生像因地球自转而使赤道突出的样子。旋转带电的黑洞还能引起喷流现象，通常是与吸积盘垂直方向。 黑洞会不断的吞噬信息，但是如果将尺度拉到量子层面，量子力学又无法测底销毁信息。那么，我们又该怎么解释黑洞现象？ 霍金将量子力学与广义相对论部分结合，给出了量子引力的部分定律。通常在黑洞内，粒子无法逃逸。但是在视界周围时，量子层面会有虚粒子对形成，其中一个粒子在视界外，那么这个虚粒子会转成实粒子，逃逸黑洞。也就是霍金辐射。 依照霍金辐射，黑洞是在不断的蒸发，质量不断变小，视界表面积变小，质量越小，辐射温度越高，蒸发速度越来越快。到了末期剧烈爆发，黑洞爆炸而彻底消失。 而虫洞与时间机器的设想，也是对爱因斯坦的遗产的一种应用。是否能够实现，也许只能期待后人的智慧了。 黑洞与时间弯曲，是爱因斯坦的广义相对论留给我们的巨大遗产，我们可以以此去探索宇宙，去寻找宇宙如何诞生，宇宙将到何处，我们将见到怎样的世界。 也许我们还未能完全认识黑洞，但我相信，在迷途中往返，在思想里跳跃，人类思想那令人惊奇的力量，定可以认识宇宙的复杂，发现主宰它的基本定律的终极的单纯、精妙和壮丽。

个人觉得非常不错的一本书，虽然成书已久，但书中的知识还未过时。 本书一开始，先用一个小故事《黑洞之旅》来介绍黑洞的一些特点，故事写的很生动，很容易理解。 随后，作者开始介绍爱因斯坦的广义相对论，因为黑洞这一概念，最先是由爱因斯坦的广义相对论计算出来的，而非观测而来。爱因斯坦当时认为方程有误，觉得宇宙中不会存在黑洞。 紧接着，围绕黑洞的存在与否，物理学家和天文学家开始了长时间的论战。一开始，大部分专家都认为黑洞是不存在的，后来是在少数人的坚持下，再配以天文学家的发现，最终证明了黑洞的存在。其中比较著名的是惠勒、泽尔多维奇和席艾玛。同时，书中还介绍了恒星坍缩的另外两种结果——白矮星和中子星的发现和确认过程。 接着，作者开始从专业角度介绍黑洞的一些特质和黑洞的寻找方法，其中关于黑洞特质比较有名的一句话是“黑洞无毛”。 最后，作者从科学角度讨论了黑洞里有什么、虫洞以及时间机器的问题，其中黑洞里的世界给出了猜想，虫洞给出了科学解释，时间机器予以否认。 本书中间还穿插着原子弹和氢弹的故事，以及引力波的探测故事。 本书中间穿插着一些相对广义相对论方程来说非常简单的数学计算，在我看来，一般人看懂没有压力。 有兴趣的可以读读。

我读这本书时，明明许多汉字都认识，可是它们连在一起，我不明白他们的意思，思维跳的太快，智商明显跟不上。大段大段略过那些我不懂的东西，还剩一些可以理解的，对于我而言这就足够了。时间旅行是可行的，而且在经典层面看，不会发生悖论。一个人回到过于，无论做什么样的努力，也无法改变过去或者现在，因为在量子领域中这些时空是被“定义”了的。按我的理解，就是即使我回到过去，也分不清哪个是现在回去的我，哪个是过去的我，尽管有很多种走向结果的路，但最终一定会是在那里。这就像是冰箱门打开之前，你永远不会知道冰箱里的灯是不是亮着。我不知道有没有人把宗教与科学一同研究，并从中获取到灵感或者答案的。但我觉得宗教其实就是古人或者另一种文明的科学成果。关于过去现在未来，宇宙中的微观宏观世界，我们现在知道的不过是冰山一角，路还很漫长…

真是太好看的一本科学史书啦！本来以为只是一本科普书，可以去了解一下关于天文学和黑洞相关的知识的，没想到这只是书中最浅显的那一部分；而以天文学和黑洞的研究为线索，整本书绘声绘色的描写了以相对论和量子力学为代表的前沿物理学在近百年来的发展，还有那些鲜活的科学家们的故事。 刚开头就是超级惊艳的一个关于黑洞的短篇科幻小说，短短几十页就把相对论、量子力学以及天文学中的前沿发现和预测串了起来。光速旅行的相对论效应，大质量恒星老去后形成的白矮星、中子星，形成中子星过程中的超新星爆发，黑洞，还有围绕黑洞形成的类星体，都在小说中主人公的星际旅程中活灵活现的展现了出来。就像我在《图解量子计算机》的书评里说的，要了解一个复杂概念，可能直接跳过对概念的解释，让你去看到概念的应用，这样反而更容易理解概念；这本小的科幻小说也是如此，通过主人公的光速旅行，通过他在不同的星体外的观察和尝试，尤其是最后在类星体外用黑洞的旋转能为自己搭建一个小的家园，这些抽象概念真的从未有过的清晰和鲜活。 然后就是洋洋洒洒十四章的正文，与其说是十四章科普或者科学史，不如说是十四章节的小剧场，每一个剧场的舞台上有一个有意思的科学主题，比如黑洞是否存在？类星体之谜？奇点可以裸露吗？还有时间机器可以存在吗？等等等等。围绕这这个主题，我们可以看到不同的角色轮番上场，有相对论物理学家，有实验物理学家，有天文观测学家，有天文物理学家，甚至还有纳税人和喜欢天体的网民；他们或者通过论坛集会，或者通过在研究所的研究，或者是友好的辩论和赌局，还有艰辛的数学计算和实验观测，在未知的科学旅途中照亮一处又一处的黑暗；但是相同的是那种溢出屏幕的能量，那种对未知事物的好奇心，对真理的捍卫，追逐自己喜爱的事物，而这些超越了很多无谓的纷争。 比较意外的是，对天文的观测史，或者对黑洞的研究史，实际上更像是对相对论和量子力学理论的开拓史。就好像在20世纪初对“两朵乌云”的研究产生了物理学的革命一样，对黑洞的研究也绝不仅仅是对宇宙中天体的无谓的探索，而是我们世界中的“偏远地带”，这样的探索将拓展我们对世界的理解；对天文的认识也更多了，头一次知道原来天文学的研究除了可见光波段以外，还有射电波段、x光波段乃至引力波，而每一次观察对象的拓展都是对现存宇宙模样的更新和对我们认知世界观念的革命。看这本书期间正好看到了我们国家爱因斯坦探针号卫星观测到月球x射线形式的样子，特别开心自己看的书马上就能用上，本来这则新闻将不会在我心里留下任何痕迹，然而现在我开始理解了这则新闻中每一个字的含义。 另一个被激发的兴趣是数学以及对数学和物理之间关系的好奇。爱因斯坦场方程几乎贯穿这本书，大部分对天文与黑洞新的研究进展似乎都起源于在数学上发现了爱因斯坦场方程的一个新的解；还有很多其他数学工具也对物理理论的拓展起到举足轻重的作用，比如微扰法让物理学家可以以较低的误差简化许多方程；比如拓扑数学的引入成功的证明了黑洞必然形成奇点；还有几乎所有新的物理理论都需要经过一系列的数学证明。作者在文中说，很多科普书就像是旅行时前往风景的路标，在看到风景后没人会记得路标；而数学可能就是就是风景中必不可少的一部分。看起来还是得补点儿数学，从数学类的科普开始吧，这样的路标算是风景中的一部分吗🐶 在看这本书之前我对宇宙或者天文几乎是没有任何兴趣的，唯一惊艳到我的是小时候看书里说“我们现在看到的星星实际上是他们几十亿年前的样子”；但现在我对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，做一个宇宙公民🐶

这本书太深奥了，也太吸引人了，尽管大多数内容看不懂，我还是耐心的看完了，因为我对浩瀚无垠的宇宙总是怀着巨大的好奇心和敬畏之心，我非常想知道黑洞是什么？黑洞里面是什么样子的？将来人类可以到黑洞内部去旅行吗？黑洞对人类的未来有什么影响？时间是怎么弯曲的？时光会倒流吗？在未来的世纪里，时空可不可以再生？如何再生？量子泡沫会不会产生多个宇宙？等等。虽然书中没有给予标准答案（目前也不可能有标准答案，因为人类一直处于宇宙的探索过程中）但还是站在科学的边缘仰望了星空。神奇而迷人的宇宙，伟大的人类到底能了解多少呢？但愿人类的智慧能够揭开这个神秘宇宙的真相。

马哲在辩证法中是这样提及真理与谬误的：真理是在一定范围内才是真理，超出这个范围，真理就成了谬误。放到这本书来，什么是真理？牛顿经典力学是真理；爱因斯坦相对论是真理；量子引力理论也是真理。只不过从范围来讲，量子引力理论>广义相对论>狭义相对论>牛顿经典力学，它们逐级向下兼容。 牛顿经典力学在地球上，甚至是在太阳系都是真理，因为现在我们知道即便它存在误差，但在地球上使用误差也只是在千百万亿分之一的范围内，所以对我们现实生活来说完全是真理。可到了描述高速运动物体时，它的误差就大了，需要开始用到狭义相对论，因为宇宙中光速是绝对的，物质的时间线各有不同，这里牛顿经典力学就错了。 等到了黑洞视界附近，因为质量使时空弯曲，在这里狭义相对论就不够用了，需要使用广义相对论。广义相对论的范围扩展到了黑洞视界内外。再往里走，等到了黑洞中心的奇点，在这里连广义相对论也会产生很大的误差，不能再使用，需要开始使用量子引力理论来描述奇点的性质。量子引力理论也许是宇宙终极理论，也许不是，我们无从得知。 所以科学不是证实，科学是证伪，通过证伪不断规范真理的适用范围，让让其趋于完美。 在这本书的主题——黑洞和时空弯曲，可以用一句话来概括：物质决定时空如何弯曲，时空决定物质如何运动。引力它不是传统意义上的“力”，它的本质是物质和能量造成时空弯曲，以至于时空内的物质运动指向奇点。 我们以光线为例子，牛顿力学认为是因为黑洞的视界内引力太大，让光线弯曲无法逃逸而使其向奇点运动，但这种观点现在来看是错了。广义相对论说，在视界内所有的时空都向奇点弯曲，就是说进入视界内的光线，它未来的传播路径都是指向奇点。 从视界内部来看，光线依旧沿直线运动不会弯曲，但光线传播的这个时空发生了弯曲，使光线沿弯曲的时空朝着奇点传播向前，就算再给光线一个力（尽管这是不可能的，如果是物质则可以作用一个力上去）它也无法从视界内部出来，因为根本没有这样的传播路径。光线无论向哪个方向传播，它往前走的每一个位置，都比当前这个位置更靠近奇点，这个力的作用只会使光线以什么样的方式和路径传播到奇点。 从视界外部看，光线肯定是弯曲了，但本质是因为视界外的时空被黑洞弯曲了，但我们无法用肉眼观察到视界附近的时空弯曲，我们只能看到经过这里的光线发生了弯曲。越靠近视界的光线，其传播的路径就越向奇点弯曲，但其只是路径发生了弯曲，它依然可以逃离黑洞。可当它走进视界后，它的路径就完全指向奇点了，因为这个时空都是指向奇点，再没有别的路可以传播，它的未来就只能指向奇点。

难以想象高中数理化渣渣的我已经啃完第三本相对论方面的科普书。虽然渣，但对宇宙的好奇丝毫不减，凭着好奇心和收集材料的需要，硬是什认认真真地啃了下来。 要用三维空间观念去想象四维空间世界真的很难，简单说来就是，书里每个字你都认识但就是不知道它在说什么，因而看得极慢，很多段落要反复读好几遍去理解和想象，也正因如此，当切实用自己的思考方式理解了某一点的那一刻，那是说不出的快乐和满足。 这本书我推荐，若有兴趣可以挑战下。亮点在于出自真正的科学家而非科普作者，索恩作为诺贝尔奖获得者，身列物理界顶层，认识很多科学界大佬，因此书里的知识绝对严谨靠谱，而人物轶事也基本都是第一手的，科学家们不再是教科书上刻板的介绍，而是一个个活生生的人。你能看到很多不怎么出圈但依旧非常杰出的科学家的故事，能看到某个理论是如何萌芽到成熟。 写作上条理清晰（但你能不能看懂是另一回事），用语通俗，态度严谨谦逊，没有为了抖机灵而做什么不入流的比喻，幽默得恰到好处，比某些轻佻的科普作者好很多——从这点也能看出作者实力的区别，手到擒来的幽默是实力，而为了让人理解而做出用力过猛的比喻则是自身水平不足。 友情提醒，因为老外写作风格和国内迥异，一开始会不习惯，看着看着看顺了就觉得好看了，关键是，它真的能激发你对物理的好奇。

耐心地读过这本书之后，感觉整个人塌缩成了1纳米的黑洞，我站在自己的奇点看宇宙，银河系灿烂辉煌，远处澄碧如洗，时空正在以光速流向无限的尽头，划出一道时隐时现的优美轨迹。它刻在你的脑海中，也刻在浩瀚的星空里。

整本书讲量子与相对论交汇于黑洞，在硬核物理学知识之外，还涉及理论发现过程的认识论问题，在叙事中充满了人性温度。 摘：库恩（ThomasKuhn）的规范概念，很好地描述了理论物理学家工作的智力活动。1949年，库恩在哈佛大学获得物理学博士学位，后来成为著名的科学哲学家。在1962年的《科学革命的结构》一书里，他提出了规范的概念——那是我读过的最有见识的一本书。 一个规范就是科学家群体在研究某个问题和与别人交流研究结果时所用的一整套工具。在广义相对论上，弯曲时空观是一个规范，平直时空观是另一个规范。每个规范包括三个基本因素：一组数学化的物理学定律；一组供我们洞察定律和帮我们与人交流的图像（头脑里的、口头上的和画在纸上的）；一组典型事例——即过去的计算和已经解决的问题，可以是教科书上的，也可以是科学论文里的。