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(精)給好奇者的暗黑物理學 版權信息
- ISBN：9787559626165
- 條形碼：9787559626165 ; 978-7-5596-2616-5
- 裝幀：簡裝本
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
(精)給好奇者的暗黑物理學 本書特色
★聚焦宇宙科普中五個*吸引人的主題：黑夜、黑體、黑洞、暗物質、暗能量，講述它們的發現史和引發的科學革命，如黑夜之于宇宙膨脹、黑體之于量子革命、黑洞之于大統一理論……
★科普與人文跨界呼應，綜合哲學、藝術、文學的新視角，用文科生看得懂的語言，使你獲得科學與人文素養的雙重提升。有愛因斯坦的相對論，也有保羅•薩特的哲學，有霍金的黑洞，也有波德萊爾的詩句……
★以藝術的姿態呈現宇宙“暗黑”之美。硬殼精裝，工藝考究，法國先鋒插畫家斯科特獨具風格的插畫極具感染力，閱讀科學也可以充滿美感和詩意。隨書附贈超酷【暗黑物理學】主題明信片。
★《世界報》《天文學》《科學與未來》力薦。Youtube 作者講書高票點擊量，Goodreads高分圖書 兩位作者在多個平臺網站講書，吸引幾十萬忠實聽眾；原版書多次加印再版，口碑不衰。
★《給忙碌者的天體物理學》后，“未讀•探索家”又一現代人不得不看的科普通識讀本。
(精)給好奇者的暗黑物理學 內容簡介
黑色的夜空，幾百年來讓天體物理學家們魂牽夢縈；黑體輻射的研究孕育了隨后的量子革命；黑洞一直是宇宙中*富魅力的獨特存在；暗物質與暗能量則是當代宇宙學里*神秘的假說……
黑體、黑洞、暗物質、暗能量——為什么物理學家喜歡用“黑暗”一詞來形容這些晦澀的科學發現呢？這個問題引導我們回顧物理學歷史，思考其中的一些關鍵點。
羅蘭•勒烏克和文森特•博滕斯，通過追溯這些物理概念的發展演變史，深入探究“黑/暗”在不同的領域分別代表了什么，試圖在物理的復雜性中驅散黑暗，讓人能夠從物理學的“黑概念”里得到收獲與啟發。
(精)給好奇者的暗黑物理學(精)給好奇者的暗黑物理學 前言
前言 物理學中的黑概念
黑暗，構成了一個世界。
亨利•米修 ，《雜亂的無限》（L’Infini turbulent）
物理學中有很多與黑暗相關的概念，比如“黑色的天空”“黑體”“黑洞”“暗物質”“暗能量”，正是黑暗勾起了我們的求知欲。我們兩個，一個物理學家，一個哲學家，之所以會合作，是因為科學概念上的“黑”既有教育意義，又發人深思。為什么物理學家認為需要“黑化”這些概念？這個從普通語言中借用的詞匯是什么意思？它對科學語言的制定是無足重輕且毫無影響，還是其中隱約包含著某種隱喻？總之，物理學中的黑概念會因為它們的“黑”而擁有特殊性嗎？對于那些構想出這些黑概念的人來說，“黑”這個字在我們這個時代的科學文化中又意味著什么呢？
盡管筆者非常欣賞安德烈•弗朗坎 的黑色幽默代表作《黑思想》，但是我們的書并不會涉及神經衰弱的物理學家們腦中陰郁的反復思考，而是關于“黑化”一些現象而產生的物理概念及其特殊性的反思。這種“黑化”是否意味著這些概念是相關的呢？但是至少有一個值得注意的事實存在，而且應該為它寫本書，那就是：這些概念都與過去或者現在的重要科學謎團有聯系。幾百年來，黑色的天空讓天體物理學家們魂牽夢縈；黑體輻射之謎是量子力學的起源；黑洞理論極具特殊性，在人們發現它的效應之前，天體物理學家就已經為之興奮；暗物質是解決星系和星系團運動異常的假說；而暗能量則可以解釋宇宙加速擴張的原因！關于這些黑概念存在進一步思考，然而這些可能和它們的黑化并沒有直接關系。
黑，一定是因為光的完全缺失。但是在物理學中，黑卻有特殊的意義。黑體并不一定是黑色的，黑洞也與顏色無關：它只是無法被看到。黑被歸類為肉眼無法觀察到的物理現象，這個特點因現象而異——天空的黑色和暗能量的黑不同，但是觀察的難度也會嚴重影響歸類的結果。一個概念被定義為黑并不是偶然的。在科學語言中，形容詞“黑”上發生了一個被加斯東•巴什拉 稱為“語義革命”的變化：它的意思改變了。它的原始含義被提純了，被重新定義了，這樣它就只被用來表達物理學家需要它表征的對象屬性了。于是，黑不再是一種顏色，而是成了一個單義的科學術語。
其實，這是科學家努力想要實現的理想。
因為必須承認，由于某個詞語在普通語言中已經具有了含義，因此這樣的發源總會留下痕跡，它會默默影響科學的表達方式，也會帶給這種表達方式一絲隱喻的意味。就好像物理學家關于黑概念的學說都有一個黑色影像的光圈如影隨行。在物理學家做論證時，他必須擺脫這些黑色的影像，才能使自己的理論建立在清晰和鮮明的概念與精細的公式和算法上，可是這并不表示這些黑色的影像不存在，它們必定存在于物理學家無盡的遐想當中。因此為了理解這些黑概念，不僅需要分析物理學是如何把“黑”這個形容詞的字面意思，做了深刻的變化，還要闡釋這個既可以表顏色的形容詞，又可以用作科學短語的詞匯是如何獲得這些含義的。每一個黑概念都對應著一個黑色的圖像，就像是通過語言將影子投射在想象中一樣。掌握這些黑概念的物理學家可以不去理會這些黑色的圖像，但是這恰好證明他必須在這些影像干擾科學思維的時候將它們擺脫掉，或者在被它們激發起好奇心時將它們升華。因為我們無法用這些圖像來完成推理，但是也無法將思維和圖像完全分離。我們不能將二者混淆，也不能將它們錯誤地融為一體，于是我們決定在這本書中，既從認識論和歷史角度分析這些黑概念的科學含義，同時也探索黑色圖像的象征意義。
與此同時，我們會繼續加斯東•巴什拉的研究。巴什拉是**個將認識論分析與心理學分析的一種特殊變形相結合，并使用這個對偶方法的人。1938年，他出版了兩部既不相同又互為補充的著作：《科學精神的形成》和《火的精神分析》。在《科學精神的形成》中，他解釋了科學精神必須首先克服“認識論障礙”，因為它們會妨礙和阻止科學精神對現象進行精密的思考，這些障礙往往只是普通語言所建立起來的想象。在《火的精神分析》中，他研究了一些與火相關的圖像來證明它們之間的關聯并不是隨機的：它們之間的聯系方式雖然與邏輯關系完全不同，卻是非常精確的。在這位著名先驅的啟發下，我們首先要點明物理學中每一個黑概念的含義，以及與這些概念相應的黑色圖像的含義，留待讀者來判斷這些學術上的含義與隱喻的含義是否不可分割、相互補充或者相互交錯。但是，在開始從黑色的天空到暗能量的旅程之前（我們還會談到黑體、黑洞和暗物質），我們先試著確定一下物理學中“黑”字在研究者腦中的籠統含義，以及“黑”字在詩人和幻象者的腦中會產生什么樣的圖像。
*
為什么物理學會將一些物質看成黑色的呢？為了回答這個問題，我們首先要知道“看”在物理學中是什么意思。長久以來，物理學家不再通過自己的肉眼感覺來觀察現象，而是使用工具：從伽利略的天文望遠鏡到各種顯微鏡、分光鏡，再到*近的粒子加速器。這些探測儀器可以讓我們與一些本來無法感知到的現象進行互動。著名的“觀察者”就是一個機器。科研人員會首先介入，做出預測，準備實驗并校準探測器，在觀察之后，說明結果，糾正自己的假說，并得出必要的結論。可是，在觀察期間，技術才是*重要的。為了強調技術干預的重要性，巴什拉創造了一個新詞“現象技術”（《新科學精神》，1934年）。這個混合詞是將現象與技術連在了一起，它意味著，從此以后，“現象”的意思發生了變化。它的傳統定義是“主動展現給大家看的東西”，而科學現象不是“主動展示”，它是通過實驗建立起來的。亞里士多德是決不會做實驗的，因為這是對大自然的侵犯。19世紀，實證主義者們依然將實驗作為檢驗先驗現象的衡量標準，然后試圖用數學規律對現象進行描述。在當代科學研究中，“新的現象不是簡單地被發現，而是被創造，被一點一點建立起來的。”（《研究》，19頁）研究者不是觀察“事實”，而是根據理論的數學結構，通過使用高精準的技術來創造“效果”。因此，“看”意味著在物理理論的基礎上創造現象技術，而這個現象技術（可能）會使一些新的現象甚至預想不到的現象顯現出來。
乍一看，這樣的觀察方式只適用于粒子物理學這樣的實驗科學，而不適用于天文學這樣的觀測科學，因為在觀測科學中，我們無法按照自己的意愿創造現象。然而，現象技術不只應用于粒子加速器，也同樣出現在天文觀測臺。研究者們通過信號來觀察宇宙，這些信號有時很微弱，它們的波長不在可見光譜的范圍內，甚至是靠光子以外的其他粒子來傳播的。研究者的儀器可以讓我們看到肉眼不可見的現象。基于抽象的假設和復雜的運算，天文學家制造出一些高端的儀器來搜集隱藏于其他波長中的信息。“看”的含義始終是“與現象進行互動，對這個互動進行測量并從中獲得與現象相關的信息”。**個信息的傳播媒介是光，科學家自然而然地在他們的非正式語言中保留了和視覺相關的詞匯。然而大部分的時間里，被研究的現象不是與光、聲波或中微子相互作用，而是與其他頻次的電磁波相互作用。即使光不再參與互動，現象技術也必須能夠接收和計量與被觀測的系統互動時所產生的信息。
現在，我們已經確定了“看”對于一個物理學家意味著什么，那么我們就能毫不費力地猜出他賦予“黑”的含義：基本上，就是他看不到或者看不清的東西。在物理學中，黑代表抵抗探測的物質，不會和電磁波相互影響的物質，或者該物質與電磁波以某種方式發生互動，而以我們目前擁有的現象技術無法接收到相關信息。黑色天空的謎團已經用它自己的方式提出了疑問：恒星的光本應該從各個方向到達我們的眼中，可我們為什么卻感知不到呢？黑體將所有的電磁波吸收卻不發出任何反射；黑洞是一個實心的天體，這所有人都知道，它使光線無法逃脫引力的影響（物質自然也一樣）；暗物質是一個關于物體質量與光線不會相互影響的假設；*后，暗能量可能是*晦澀的概念：它不僅無法被觀察到，而且還可能是對抗萬有引力的一個力量來源。
所有這些黑概念，雖然混雜，但從概念層面講，總和“黑”或“暗”有一些關聯：它們被應用在物理學家無法看到的現象上。在這本圖文并茂的書中，我們要強調指出的是，這些黑概念生發出了一些問題，而這些問題是我們正在試圖了解或者還無法搞清楚的。它們的情況難以闡明：這究竟是事實，還是暫時無法證實的理論可能，抑或只是空想？
*
除了關于黑概念的認識論分析，我們還將使用“黑暗的精神分析法”。在《火的精神分析》（全書名為《火的客觀意識的精神分析》）一書中，巴什拉發明了一種新型的、獨特的精神分析法。這種方法不是要記錄一個靜止地擱在沙發上的火焰的秘密，而是要統計火的形象和象征，因為自遠古以來，火激發了人類無窮的想象，火的破壞性也阻礙了人類的認知。巴什拉的精神分析法旨在蕩滌束縛科學精神的形象。因為火的古老形象并不是客觀的。這些形象阻礙了人類對燃燒現象的理解。為了擺脫束縛，科學精神始終需要對抗自身的自然傾向，比如它會把一種物質歸于熱量，再將熱量理解為一種微妙的氣體。巴什拉希望將我們的精神從這些給我們造成混亂的形象中解放出來。在序言中我們強調，巴什拉的這個計劃是有悖傳統的，而它很快就會被一些更加精妙、更加形象的分析所取代。因為，這位來自奧布河畔巴爾的哲學家*終會被自己所研究的隱喻的魅力而深深吸引。他樂此不疲地詳盡地描述火焰的形象，宣稱要把我們從火奇怪的“復雜”中解放出來。
我們也想本著這樣的精神做研究，盡可能使黑色形象的學術特征（目的是讓每一個遐想都明確意識到想象對理念的扭曲，即使這想象因理念而生）和自由聯想的荒謬特點（目的是讓遐想保有自發性。遐想不是理念的仿制品，而是我們的文化共鳴的結果）兩者之間達成平衡。
盡管如此，人們可能會考慮“黑”是否契合這個研究。在巴什拉看來，火因其在人類進化中扮演著至關重要的角色，是集體想象中至關重要的元素。那對于“黑”來說，情況相同嗎？巴什拉還寫過其他一些關于火的詩集，以及關于水、空氣、土的作品。他以此證實了一個觀點，那就是只有用于煉金術的四種元素（空氣、水、火、土）是構成集體想象的*重要物質。然而仔細想來，這個論點是武斷的。如果火的形象是從人類能夠使用火的那一刻開始根植于集體想象中的，那么在此之前，夜晚的黑暗籠罩了我們那么久，我們又該如何描述這個更加古老、更加強大的形象呢？
巴什拉在他的《水與夢：論物質的想象》中研究了“黑水”的形象，他自己也做出了這樣的思考：如果黑水的形象是融合了水和夜晚的形象，那么豈不是應該承認夜晚和水一樣，是原始而深刻的想象實體嗎？
當我們要對水與夜的結合發表一些見解時，似乎與我們關于物質想象的總的觀點相違背……然而，物質的遐想是如此自然，如此不可抗拒，以至于想象通常會接受這個夢幻，這個出現在積極的夜晚、深邃的夜晚、潛進的夜晚、進入各種事物中去的夜晚的夢幻。此時，夜不再是一位蒙著黑紗的女神，也不再是帷幕，遮擋著大地和大海；夜是夜晚，夜是一種實體，夜是夜間的物質。物質的想象控制著夜。正如水是*適合用來混合的實體，夜會深入水里，使湖底失去光澤，會浸潤池塘。有時，夜的滲透是如此深入，如此隱秘，以至于在想象中，池塘在白晝依然保留了一點夜間物質，一點實體性的黑暗。（《水與夢》， 137頁）
我們接受這個假設：所有的黑色形象都擁有它們各自的特殊性，這個特殊性源自黑理念在想象中的轉換，但是這些黑色形象都具有同一個想象元素的性質，即我們稱之為“黑暗”的夜晚物質。
由于巴什拉感受到了黑暗元素的豐富和強大，他甚至創立了一個系統研究黑色形象的項目：“如果我們能將所有的黑色形象集中并分類，我們想象可以整理出很好的文學素材……”（《土地與對靜息的遐想》，1948年，90頁）。他雖然并沒有完全考慮過將物理學里的黑理念當作遐想的動機，可卻注意到了和這些理念相符合的眾多黑色形象的特殊性：布滿星星的夜空的透明的黑，身體內部的黑，旋渦令人眩暈的黑，煉金術士在黑暗中完成的作品所包含的可變的黑，黑暗中隱藏的神秘的黑。他的這些直覺先于我們的研究，我們發現，在我們始于物理學的遐想和他始于文學素材的遐想之間存在著共鳴。當然，我們不會僅僅局限在這種共鳴中，我們將探索我們的文化帶來的所有相關啟示。
(精)給好奇者的暗黑物理學 目錄
前言 物理學中的黑概念 2
Part 1 7
A 黑色的夜空 7
膨脹的宇宙 10
*古老的光是何時發出的？ 11
我們能看到宇宙視界之外的地方嗎？ 11
B 為什么夜空是黑色的 12
黑色的透明性：半透明介質 13
彩色的夜空 14
星座的黑色盒子 15
黑的選擇 16
Prat 2 18
A 黑體 18
黑體之謎 19
黑體是真實存在的嗎？ 22
*冷的黑體 23
B 黑體輻射 24
物體的暗黑性 26
黑色射線 26
潛意識的黑暗意識 29
Part 3 30
A 黑洞 30
黑洞是什么？ 31
在黑洞視界的邊緣 33
在怪物的腸道中 34
一個不是那么黑的洞…… 35
宇宙旋渦 36
B 黑洞引力 38
宇宙坍縮 39
憂郁的星體 40
黑洞的光輝 42
Part 4 44
A 暗物質 44
暗物質的發現 44
星系中的暗物質 45
星系團中的暗物質 46
宇宙幻象 47
宇宙中的暗物質 47
原始核聚變 48
一個新的定律？ 49
暗物質的屬性可能是什么？ 49
B 暗物質的煉金術 51
一種比黑色更黑暗的黑色 52
苦煉 54
宇宙的阿尼瑪 54
宏觀宇宙和微觀宇宙的結合 55
Part 5 57
A 暗能量 57
令人驚奇的觀測結果 59
解釋的過剩 60
B 暗能量之謎 63
黑暗的教訓 65
誰會殺死宇宙？ 65
實體的迷幻 68
不必失望：并非一切都是黑色的！ 71
結語 黑色的統治 72
Part 1 7
A 黑色的夜空 7
膨脹的宇宙 10
*古老的光是何時發出的？ 11
我們能看到宇宙視界之外的地方嗎？ 11
B 為什么夜空是黑色的 12
黑色的透明性：半透明介質 13
彩色的夜空 14
星座的黑色盒子 15
黑的選擇 16
Prat 2 18
A 黑體 18
黑體之謎 19
黑體是真實存在的嗎？ 22
*冷的黑體 23
B 黑體輻射 24
物體的暗黑性 26
黑色射線 26
潛意識的黑暗意識 29
Part 3 30
A 黑洞 30
黑洞是什么？ 31
在黑洞視界的邊緣 33
在怪物的腸道中 34
一個不是那么黑的洞…… 35
宇宙旋渦 36
B 黑洞引力 38
宇宙坍縮 39
憂郁的星體 40
黑洞的光輝 42
Part 4 44
A 暗物質 44
暗物質的發現 44
星系中的暗物質 45
星系團中的暗物質 46
宇宙幻象 47
宇宙中的暗物質 47
原始核聚變 48
一個新的定律？ 49
暗物質的屬性可能是什么？ 49
B 暗物質的煉金術 51
一種比黑色更黑暗的黑色 52
苦煉 54
宇宙的阿尼瑪 54
宏觀宇宙和微觀宇宙的結合 55
Part 5 57
A 暗能量 57
令人驚奇的觀測結果 59
解釋的過剩 60
B 暗能量之謎 63
黑暗的教訓 65
誰會殺死宇宙？ 65
實體的迷幻 68
不必失望：并非一切都是黑色的！ 71
結語 黑色的統治 72
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(精)給好奇者的暗黑物理學 節選
黑洞是什么？
我們都知道，一個被拋向高空的球在達到*大高度后會*終落地，拋球的力氣越大，球的高度就越高。這是地球重力的一個表現，因為地球的重力會將所有的東西向地心拉去。球的高度會隨著初始速度的平方增加：拋球的速度快兩倍，球的高度就是原來的四倍。如果拋球的速度足夠快，超過每秒11.2千米（約每小時4萬千米），球就不會再落到地球上，而是會徹底擺脫地球的引力。只有行星際探測器的發射器才能達到這個足以擺脫地球引力的速度，讓我們可以看到我們身處的太陽系。這個逃逸速度與行星的質量和半徑的商的平方根成正比，一個比地球大4倍或小4倍的行星的逃逸速度會是地球的兩倍。光的速度約為每秒30萬千米，拉普拉斯算出，為了讓光線無法逃逸，一個與地球密度相同的恒星的半徑應為：太陽半徑的250倍。顯然，拉普拉斯公式只適用于經典物理學中的物質拋射體，不能先驗地適用于粒子——即光子-——質量為零的光線。
關于引力對光產生影響的縝密研究必須在愛因斯坦于1915年發表的廣義相對論的框架內進行。這個理論指出，引力的作用實際上是時空的幾何表現，它本身是建立在物質和能量分配之上，時空因它而變形、彎曲了。自由運動的粒子必須沿著新幾何中較短的線，也就是短程線來運動。因此，與經典理論相反，光雖然沒有質量，也會受引力影響，或者更準確地說，是受時空的彎曲影響，它的軌跡在一個巨大的物體附近會偏轉。英國天文學家亞瑟•愛丁頓（1882—1944）在1919年的日全食期間首次驗證了這一效應。在日全食期間觀測到的接近太陽方向的恒星的位置與在一段時間后測量到的這顆恒星的位置之間存在著微小差異，這和愛因斯坦的計算完全相符。這是對于他的萬有引力新理論的一個有力證明。今天我們知道，愛丁頓使用的實驗器具太不精確了，以至于這個觀察結果并不是真正有說服力的，但是，除了這個幸運的巧合之外，科學家又多次重復了這個實驗，都明確證實了愛因斯坦的預言。
如果時空的彎曲會影響光線，那么在廣義相對論的框架下，我們就有可能再次計算在何種條件下，星體能夠限制光線的逃逸。愛因斯坦的理論證實了一個臨界半徑的存在，當星體的半徑低于臨界半徑時，光線就無法從星體中逃逸。讓我們出乎意料的是，計算這個臨界半徑的公式與由經典理論推導出的拉普拉斯公式完全相同。這個臨界半徑被命名為史瓦西半徑，以紀念在1915年計算出這個半徑的德國物理學家卡爾•史瓦西（1873—1916），這個半徑和物體的質量成正比，例如，根據史瓦西的公式，要將太陽轉化為黑洞，必須將它的全部質量壓縮成一個半徑僅為3千米的球體！
在光線和物質無法逃逸的區域外有一個球形的表面，我們稱之為黑洞的“視界”（horizon）。它是一個幾何表面，不是真實物體，我們賦予它這個名稱是因為它和地球的“地平線”類似，都是視線范圍的邊界。如果說地球上的地平線位置取決于觀察者的位置，那與之相反，黑洞的視界是絕對的。它是時空的邊界，與觀察者的位置無關，并且會將所有的事件分為兩類：在視界線之外，通過光信號我們可以在任意大的距離之間進行聯系，這就是我們居住的普通宇宙；在視界線之內，由于光線要向中心聚集，因此它們無法在任意兩點之間自由移動，聯系受到了嚴格的限制。例如，物質和輻射可以從外部區域傳到內部區域，卻無法從內向外傳播。這甚至證明了“黑洞”這個在1967年由美國理論學家約翰•阿奇博爾德•惠勒（ 1911—2008）提出的術語，因為在當時這只是一個理論上的可能。惠勒是一個充滿想象力，并且對*大膽的猜測也抱有開放精神的理論學家。除了“黑洞”，他還普及了很多極為新穎的概念，比如“多重世界”“蟲洞”“時光倒流的粒子”，以及物質與信息之間的平行論。這些概念往往只是人們想象出的觀點，但是能證明黑洞這個著名理論存在的證據出現在1971年：天體物理學家們探測到了天鵝座x-1，這個二元系統的特征表明它是由一個黑洞和一顆巨大恒星組成的。此后，在我們身處的星系中又發現了大約20個黑洞，其中*大的一個——其質量達到了400萬個太陽質量——就隱藏在銀河系的中心。正如文森特在下一章中所指出的那樣，有一個黑洞存在于銀河系中心，這沖擊著我們的想象力，但黑洞本身并不是邪惡的，恰恰相反，它有利于銀河系的穩定和發展演化。2002年，我們通過觀測銀河系中心附近的恒星軌道，發現了黑洞的存在。2022年，事件視界望遠鏡項目將通過結合分布在地球整個表面上的無線電望遠鏡的數據，來制作這個中心黑洞視界附近的圖像。目前的觀測還顯示，在一些活動星系的中心，如M87星系，存在著一個超大質量的黑洞，其質量可以輕松超過10億個太陽質量！
如果說黑洞似乎確實存在，仍然需要提出一個能夠解釋黑洞形成的機制。恒星的黑洞——其質量至少是幾個太陽質量——是由于一顆大質量恒星（約為10個太陽質量以上）的中心引力崩潰而形成的。事實上，當恒星達到硅的熱核燃燒階段時，其結實的內核的質量會增加，直到變得不穩定。恒星的內核崩潰并產生一個中子恒星，而恒星的外殼則被一個名叫“超新星”的巨大爆炸吹散。1939年，美國物理學家羅伯特•奧本海默（1904—1967）指出，如果中子恒星的質量超過3個太陽質量（蘭道-奧本海默-沃爾科夫極限），星體自身的引力絕對強過所有其他的相互作用，黑洞便形成了。自此，黑洞成為宇宙大爆炸的一部分，盡管長久以來，天體物理學家的工作僅限于通過觀察來探測黑洞存在的間接影響。而這一情況在2015年10月發生了變化，因為美國的激光干涉引力波天文臺（LIGO）首次探測到了引力波。物理學家們在所記錄的振動中看到了關于一個巨大振蕩的證據。在13億光年外，有兩個黑洞，質量分別是36和29個太陽質量，它們以每秒250轉的速度圍繞共同的重心旋轉，*終合并為一個唯一的、巨大的、質量為62個太陽質量的黑洞。3倍于太陽質量的質量差已經以引力波的形式被放射掉了。
在黑洞視界的邊緣
黑洞真的是通常描繪中的宇宙怪物嗎？不是的！在距黑洞的距離超過黑洞的史瓦西半徑時，時空與同質量的正常星體的時空是無法區分的。因此，將太陽轉化為黑洞，對行星的運動沒有任何影響，而將黑洞想象成一種可以在所經之處吞噬一切的宇宙吸塵器，至少也是一種夸張。只有在黑洞視界這條線附近，才會出現黑洞特有的時空變形。
我們在黑洞視界的附近會感受到什么？一種對腳和頭的奇怪而強烈的拉伸感。你的身體有一定的空間延伸，它的不同部位探索著不同曲度的區域，這些不同曲度被解釋為引力場的差異。我們也會在地球表面體驗到這種潮汐力，我們可以很容易地觀察到這個壯觀的結果：由于太陽和月亮的相互作用，就有了海水的潮起潮落。在經典物理學中，重力的強度取決于物體之間的距離。因此，地球上靠近月球的區域比位于對跖點的區域更容易受到月亮的吸引，在地球的參照系中，這會引起海水的明顯變形。我們的腳，因為比我們的頭要更接近地球的中心，也更受地球的吸引；從我們的角度來看，這個吸引力是一個拉伸的力量，在地球表面，這個力量的強度非常微弱，不到你體重的百萬分之一。在黑洞視界的附近，你的頭部感受到的引力和腳部受到的引力之間的差異要明顯得多。對于質量為10個太陽質量的黑洞來說，你感受到的牽引力就好像是你被吊起來，巴黎地區的人掛在你的腳踝上一樣！而奇怪的是，黑洞的質量越小，這個效果反而越強。這個明顯的矛盾有一個簡單的解釋：潮汐力的強度與造成潮汐力的星體密度成正比。由于黑洞的半徑與其質量成正比，所以它的密度（與質量除以半徑立方的商成正比）隨著其質量平方的倒數而減小。因此，一個質量為100萬個太陽質量的黑洞產生的潮汐力比一個質量為10個太陽質量的黑洞產生的潮汐力低100億倍。所以，我們可以出入超大質量黑洞的邊緣：“巨人”黑洞的巨大質量使得電影《星際穿越》的主人公能夠進入黑洞之中。
由于黑洞存在而引起的時空扭曲還有另一個影響：當我們向遠處的觀察者發射時鐘信號時，在觀察者看來，時鐘信號的頻率仿佛變弱了。因此觀察者會覺得靠近黑洞的時鐘比自己的時鐘要慢。時鐘頻率的下降也可以表現為發射光的頻率下降：光線比發射時顯得更紅。
現在，如果你決定穿越這道視界線，并將你這一壯舉的圖像寄去給同事，會發生什么事呢？對你來說，在這個穿越的過程中，不會有什么特別的事情發生：黑洞的邊界并沒有神奇之處。相反，身處視界線之外的你的朋友永遠看不到你穿過這條界線！隨著你逐漸接近這條線，放映的影片似乎變慢了，因為接收兩個連續圖像間隔的時間越來越長。時間膨脹的原理就是，幾乎相同的圖像彼此相連，達到的視覺效果就是你被凝固在你穿越視界線時的位置上。而且，由于光線的變紅和強度的降低，接收到的圖像很快變得太弱而無法被接收。對于位置遙遠的觀眾來說，在黑洞內部發生的這一部分旅程都是缺失的。在穿越視界線時傳輸的圖像只能在無限的時間之后才能被接收到，而之后的圖像將永遠無法穿越黑洞視界這條線。
(精)給好奇者的暗黑物理學 相關資料
物理學家與哲學家的一次開創性合作……這不像科普，而是兩位作者的一場對話，各自陳述，互相補充。一次有趣的物理哲學之旅。 ——《研究》雜志
很有趣的一本書，雖然主題深奧，但閱讀感受很愉悅。 ——《世界報》
對讀者來說，這是一個關于“黑暗”的不同尋常的全新認識，以及對天文學的多重共鳴。除了兩位作者閃光而睿智的文筆，本書也以美的姿態呈現，這一點，書中獨具風格的插畫可以證明。 ——《科學與未來》雜志
非常精致而奇妙的書。插圖由極具天賦的斯科特創作，完全符合文本內容。它用遐想與夢，解讀晦艱澀的物理概念，吸引著有相關教育背景的讀者，強化著讀者對宇宙學的主要問題，以及對這些問題的形而上學含義的敏感度。 ——《天文學》雜志
本書不是一項事實上的理論推演研究，而是對“當代物理學的神秘假設”的反思。 ——《法國文化報》
(精)給好奇者的暗黑物理學 作者簡介
羅蘭•勒烏克(Roland Lehoucq)：法國科普作家，法國原子能委員會天文學家，宇宙拓撲學專家，任教于巴黎政治學院，著有《黑洞》《外星人有幾根手指？》等。
文森特•博滕斯（Vincent Bontems）：法國科學哲學家，在法國原子能委員會實驗室工作，著有《巴什拉》《機器：知識的工具》等。
商品評論(6條)
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