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《黑洞》
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我們認識到有某種東西是我們無法洞悉的,只能以最原始的形式才能感受到其最深刻的理性和最燦爛的美。
——阿爾伯特·愛因斯坦

仰望星空,繁星閃爍,蒼穹幽邃。
日月星辰的運動、結構和演化,是人類歷史上的第一門科學——天文學研究的主要內容。經過世世代代天文學家的辛勤探索,現在我們對宇宙已經有了全新的認識。

北京古天文臺(來源:視覺中國)
當你在閱讀這篇文章時:
太陽正以每分鐘60億噸的速度燃燒物質,釋放的能量足夠地球上所有人類使用數百萬年;
銀河系與仙女座星系正以每秒110千米的速度靠近,預計38億年後發生碰撞;
獵戶座星雲正以每年約0.001倍太陽質量速度孕育新的恆星,而質量為太陽65億倍的M87*超大質量黑洞正在室女座星系中心漫遊。

△ 獵戶座星雲M42(來源:視覺中國)
宇宙的奇觀,總是一次次顛覆我們的想象力。而黑洞作為宇宙中一種極為神秘和特殊的緻密天體,更是引發無數猜想和好奇。
10年前,科幻電影《星際穿越》上映,這部電影在豆瓣平臺被200多萬人打出了9.4的高分,其中著名的黑洞鏡頭,讓觀眾大為驚歎。

科幻小說《三體》中也有關於黑洞的精彩描述:
“2339年,掩體紀年第1年:環日加速器產生的微型黑洞被注入到木衛十三內部,半徑八千米的木衛十三變成了視界半徑二十一奈米的微型黑洞。”

△ 天鵝座X-1,恆星黑洞 模擬效果(來源:視覺中國)
隨著黑洞被越來越多地提起,它已經從一個深奧的物理學概念變成流行文化的一部分。網路上關於黑洞的影片、文章、討論有很多。
黑洞到底是什麼?我們真的瞭解黑洞嗎?
由中國國家地理·圖書引進的年度科普新書《黑洞》,用清晰易懂的語言、極具生活化的比喻生動講述了物理學和時空探索領域最熱門的話題——“黑洞”,為新一代讀者重新定義時間和空間,被譽為“21世紀的時間簡史”。

01
黑洞:理解宇宙的“羅塞塔石碑”
2019年4月10日,科學家們利用世界上不同地區的望遠鏡,模擬出了一臺超級望遠鏡——事件視界望遠鏡(EHT),拍出了人類歷史上第一張黑洞照片,這個黑洞在M87星系的中心。
3年後,EHT又公佈了另一張黑洞照片,該黑洞是隱藏在銀河系中心的超大質量黑洞——人馬座A*星,距地球約2.5萬光年。

左圖:位於 M87 星系中心的超大質量黑洞。右圖:人馬座 A*,我們銀河系中心的黑洞(來源:《黑洞》)
其實,人類並不是最近才開始研究黑洞,黑洞的故事最早要追溯到200多年前。
歷史上,第一個意識到一個緻密天體密度可以大到連光都無法逃逸的人,是18世紀英國的自然哲學家約翰·米歇爾,這位自然哲學家將這些引力怪獸稱為“暗星”。13年後,拉普拉斯在他的名著《宇宙體系論》第1版中,也獨立提出了相似的想法。

△ 左圖:約翰·米歇爾(John Michell) 。右圖:拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace)
到了20世紀初,科學家們發現光既是波,也是粒子。也就是說,光會受到引力的影響。後來,愛因斯坦證提出了廣義相對論和著名的場方程,有力證明了引力是時空彎曲造成的。

科學家史瓦西知道後,開始著手研究這個方程,並找到了著名的史瓦西解。雖然史瓦西解預言了存在黑洞的可能性,但許多物理學家(包括愛因斯坦在內)仍然相信,自然界一定會找到某種方法避免其形成。

愛因斯坦的反對並沒有阻止後來科學家們的研究,當時科學家們發現,恆星也是有壽命的,一旦耗盡燃料就會收縮,最後的結局可能是白矮星、中子、黑洞。
後來錢德拉塞卡、奧本海默以及沃爾科夫的努力下,終於證明了大質量的恆星能夠坍縮到一點,這個點也被我們稱為“奇點”。

1967年,惠勒在一場演講中使用了“黑洞”一詞,從此“黑洞”才真正地流傳開來。當時,科學家們發現,無論黑洞如何形成,所有的資訊都會被簡化成三個數字:即黑洞的質量、自轉和電荷,惠勒將這個定理稱為“無毛定理”。
1974年,霍金運用量子理論,研究了在黑洞附近的物質的行為,驚奇地發現黑洞具有溫度!因此,黑洞也能產生輻射,也就是著名的“霍金輻射”。

△ 霍金墓碑上刻有霍金輻射的溫度公式( 來源:《黑洞》)
人類的黑洞探索史群星璀璨,200年來不斷吸引著最頂尖的物理學家孜孜不倦地探索。
黑洞為何如此令人著迷?正如《黑洞》原版書名所言:THE KEY TO UNDERSTANDING THE UNIVERSE。黑洞不僅僅是一個神秘天體,其中還隱藏著物理世界更底層的執行法則,是我們理解宇宙、理解自身的鑰匙。

《黑洞》的作者明星物理學家布萊恩·考克斯在書中如是說:
“從這個角度來看,黑洞是宇宙的羅塞塔石碑,讓我們能夠將觀測結果轉化為一種新的語言,讓我們一睹最深刻的理性和最燦爛的美。”

02
留著英國發型的卡爾·薩根
如果你經常看宇宙天文的科普紀錄片,那麼你一定熟悉這張臉。

他叫布萊恩·考克斯,由他主持的BBC紀錄片“奇蹟系列”(《太陽的奇蹟》、《宇宙的奇蹟》、《生命的奇蹟》)廣受讚譽,他的語言充滿詩性和哲學色彩,在解說宇宙萬物的同時,探討關於宇宙和生命的意義。

不過,紀錄片主持人可不是他的主職工作,布萊恩·考克斯主要身份其實是粒子物理學家,曼徹斯特大學教授,英國皇家學會研究員,大英帝國勳章獲得者,也是地球上最有雄心的實驗之一——瑞士的大型強子對撞機中的ATLAS實驗的研究人員。
在20世紀90年代,他還曾是英國流行樂隊D:Ream的鍵盤手。多重跨界身份,讓這位明星物理學家,不僅能夠深入最前沿、艱深的量子物理研領域,還能做很多面向大眾的科學普及,將最新、最前沿的研究和思考,以簡潔、通俗的方式傳遞給有好奇心的普通人。

在學術領域,布萊恩·考克斯同樣頗有建樹,被譽為霍金之後,英國最具影響力的物理學家。
在科普領域,大衛·愛登堡曾說:“如果我有一盞火炬,我會交給布萊恩·考克斯。”

《黑洞》正是這位明星物理學家布萊恩·考克斯的重磅新作。
很少有人能像考克斯那樣,將複雜、潛在的深奧主題轉化為大眾的引人入勝的'教育娛樂'——無論是在BBC紀錄片、現場演出還是書籍中。
03
21世紀的時間簡史
黑洞位於那些曾經最閃耀的恆星所在之地,是空間和時間的交集,挑戰著人類認知和智識的極限。
1988年,斯蒂芬·霍金的《時間簡史》首次出版,它把讀者帶進一個神奇的宇宙世界,打破了人們對於時空認識的侷限。接下來的幾十年裡,這本書成為全球最暢銷的科普書之一,據統計,全世界每750人中就有一個人擁有這本書。

30多年過去了,人類科學家們對於黑洞、時空又有怎樣的認知突破?
如果你是對“黑洞”這一概念稍有了解的讀者,那麼你很可能對它產生過很多疑問:
黑洞是怎麼形成的?
它的裡面是什麼?
它為什麼會“吸走一切”?
會有東西從黑洞裡逃出來嗎?
我要是掉進了黑洞會發生什麼……

從愛因斯坦到霍金到當下,作者以“黑洞”為透鏡,串聯起100多年人類對時間和空間本質的理解和探求。
書中,布萊恩·考克斯用清晰易懂的語言、極具生活化的比喻逐一講述物理學和時空探索領域最熱門的話題,非專業讀者也能看懂。

當《三體》《星際穿越》等科幻小說/電影中震撼場景變成一個個科學事即時,你會發現科學可能更是想象力本身。
作為一本專業嚴謹的科普書,《黑洞》擁有強大的譯者團隊,保證翻譯質量和內容的準確性:

獨特的裝幀設計,還為這本書賦予了滿滿的收藏價值:

讀過《三體》的朋友,一定對這句話印象深刻——“光錐之內就是命運”,而科學就是在不斷拓展人類認知邊界的過程中,不斷發現新的可能性。
對天文、物理以及世界本質感到好奇的朋友,千萬不要錯過這本《黑洞》啦!
— END —




