本书讲述了我们对空间和时间的看法发生了革命,以及它所导致的重大后果,其中一些后果至今仍未得到解开。本书也是一本引人入胜的记述,由一位密切参与其中的人撰写,讲述了在探索宇宙中最神秘的物体——黑洞的过程中所经历的挣扎和最终的成功。人们过去认为地球表面是平的:它要么永远延伸下去,要么有一个边缘,如果你愚蠢地走得太远,你可能会跌倒。1915 年,阿杰伦和其他环球旅行者安全返回,终于让人们相信地球的表面是弯曲成球体的,但人们仍然认为这个球体存在于一个平坦的空间中是不言而喻的,因为这个空间是平坦的,符合欧几里得几何规则:平行线永不相交。然而,1915 年,爱因斯坦提出了一个理论,将空间和时间结合成一种称为时空的东西。这不是平坦的,而是被其中的物质和能量弯曲或扭曲的。由于时空在我们附近几乎是平坦的,因此这种曲率在正常情况下几乎没有影响。但对宇宙更远范围的影响甚至比艾因更令人惊讶。
)> 太空中可能布满“黑洞”。这是在克利夫兰举行的美国科学促进会会议上,天文学家和物理学家提出的,他们是所谓退化恒星方面的专家。退化恒星不是道德低下的好莱坞类型。它们是垂死的恒星,或白矮星,占天空中所有恒星的 10% 左右。它们发出的微弱光线来自生命最后阶段留下的少量热量。目前尚不清楚恒星是如何悄然衰落成为白矮星的。退化恒星由密集的电子和原子核或原子核组成。它们的密度如此之大,以至于一小撮物质就重达一吨。理论上预测,一些这样的恒星的密度为每小撮一百万吨。当这种情况发生时,恒星基本上是由中子和奇异粒子组成的。由于退化恒星的密度如此之大,其引力场非常强。根据爱因斯坦的广义相对论,当一颗退化恒星的质量增加时,它会突然坍缩,恒星强大的引力场会向自身收缩,从而形成宇宙中的“黑洞”。
如果我们看不到它们,我们怎么知道它们就在那里?黑洞——顾名思义——是无法直接看到的。找到黑洞的唯一方法是寻找它对周围空间中其他物体的影响。观察气体喷流、辐射、快速旋转的物体和其他方法可用于间接探测黑洞的位置。天文学家已经通过这种方式观察到了我们自己星系中数十个黑洞的证据。研究黑洞的科学家专注于观察周围空间中其他物体如何受到影响。定位黑洞的第一种方法是观察双星系统。在这些系统中,两颗恒星相互绕行,由于恒星之间的引力,它们的运动方式通常可以预测。科学家们知道,如果他们看到一颗恒星像附近有一个巨大的物体一样移动,但没有其他恒星的迹象,那么它的隐形伴星可能就是黑洞。科学家还意识到,如果双星系统中的不可见物体是黑洞,那么它会产生巨大的引力。可见恒星的气体(或任何附近的气体和尘埃)会以极高的速度绕黑洞旋转,然后消失在黑洞中。这一过程会产生巨大的热量和 X 射线辐射,可以通过观测检测到。20 世纪 70 年代,科学家对伽马射线爆发产生了浓厚的兴趣,将其作为探测黑洞的一种方式。一种假设认为,由正常恒星和黑洞组成的双星系统在黑洞最终吞噬其伴星的所有物质时会产生伽马射线爆发。另一种被广泛接受的理论认为,黑洞或中子星碰撞时会释放伽马射线。当巨星坍缩并形成黑洞时,也可能释放伽马射线爆发