最近几周阅读了基普索恩的科普名作《黑洞与时间弯曲》。这本书写得非常棒，因此忍不住评论几句（本书评系根据本人在豆瓣上发表过文章略作修改而成）。
虽然已经出版接近三十年了，基普索恩在1994年所著的《黑洞与时间弯曲》仍然可以被视作科普作品的典范。这本书用非常生动而且便于理解的语言阐述了广义相对论，白矮星，中子星，黑洞的基本知识。但是它同时又没有失去它的科学性。其中对于很多关键的科学概念，本书还使用了非常具有想象力的方法，进行了准确而又生动的解释。
书的开头是一段科普故事。故事里面，主人公（“你”）领导一条宇宙飞船，为了尽量接近黑洞的事件视界对其进行探索，就不断的深入宇宙，去寻找超大质量的黑洞。最后，“你”的飞船在离开地球约20亿光年远的地方，找到了一个质量达到太阳的15万亿倍，称为“巨人”的大黑洞。那里，“你”可以让“你”的飞船接近到飞船接近其视界的地方（根据作者的说法是到达了周长仅为1.0001视界周长的轨道上），对黑洞进行了观察和测量。不过，此时如果“你”返回地球的话，时间至少已经过去40亿年了，地球是否还存在也难以保证了吧。所以，“你”决定寻找一个合适的旋转黑洞。在黑洞周围，“你们”建立了一个环状世界，那里“你们”的后代可以利用从旋转黑洞中提取的能量，生活很久很久。
这段故事不仅仅是简单的交代了我们在黑洞周围可以看到什么东西。同时，它也阐明了基普索恩的基本世界观。正如基普索恩在后来参与指导的电影《星际穿越》里面的人物，如布兰德教授所言，在星际旅行中，最重要的不是个人的生命，而是人类作为一个物种的延续。所以，在电影中布兰德教授认为可以使用所谓“计划B”向外星球散布部分人类火种是完全可以接受的，即使这个意味着大部分地球上的人最后还是会由于地球环境的恶化而灭绝。而在本书里面，“你”在遥远的宇宙进行探索之后，“你”的家园已经是几十亿年之后了，“你”也永远不可能再见到家人了。但是，这个从基普索恩角度讲并不是一个悲剧。因为他的情感，就像《星际穿越》里面的布兰德教授那样，是对人类的，而不是对个体或者家庭的。所以，电影里面的布兰德教授其实就是基普索恩本人的投影。其实，基普索恩的朋友，比如卡尔萨根以及斯蒂芬霍金实际上也是同样的价值观。所以也可以认为，布兰德教授是那一代科学家的缩影。
回到本书上面来。本书在开头的科幻故事之后，基本上讲述的是一个黑洞概念从发现到发展的科学发现史。在现代物理和天文学中扮演重要角色的人物，比如爱因斯坦，钱德拉塞卡，奥本海默，惠勒，霍金，彭罗斯以及索恩本人都一一登场了。书中讨论这些人物并不是简单的讲述人物故事，而实质上是根据这些人物所涉及的事件阐述了关键的物理概念的发展过程。比如，在奥本海默与惠勒的故事，索恩不仅仅描述了这两个人的矛盾和争论，更是说明了黑洞的概念是如何成熟的。比如，奥本海默是如何证明了中子星必然有一个质量上限，大质量恒星的塌缩为何是不可避免的，以及塌缩最终会产生光都跑不出来的事件视界。而惠勒从一开始怀疑到最终承认了塌缩的必然性，以及他认为广义相对论与量子力学有可能在黑洞奇点处统一的猜测。最后，惠勒还预言了可能会有某种机制可以把黑洞的质量转变成辐射从而释放回我们的宇宙。而这一点则在后来霍金有关黑洞具有熵以及其必然蒸发的理论中得到了支持。
黑洞的故事还和核武器的研发密不可分。黑洞理论的创始人奥本海默本人就是美国曼哈顿计划的领导人，而惠勒也是曼哈顿计划的参与人。而同样在苏联，黑洞研究的巨人比如泽尔多维奇也是苏联核武器项目的负责人之一。而且，为了计算氢弹爆炸原理的计算模拟同样可以用来研究星球的塌缩。而战后由于核武器政策的分歧，导致奥本海默（他主张限制核武器）与惠勒的分道扬镳。总之，核武器发展与黑洞理论建立这两个故事的线索是互相交错的。
本书的一个特别的优点就是很多重要概念被解释得非常清楚，这个在很多其它科普书里面是不具备的。比如，大质量物体周围的时空会被弯曲。但是，我们的空间是三维的（如果加上一维时间那就是四维时空），所以这种弯曲显然是无法用直观的方法展示出来的。通常我们得用一个二维的嵌入图来展示这个过程。但是大部分科普书籍对于嵌入图的本质都阐述不清。一般都将它描述为“把我们实际上的三维空间想象成二维空间，这样空间的弯曲就可以用图表示了”。然而，这个说法实质上是不确切的。确切的说法是，如果你要想象一个星球附近的空间的弯曲，你可以想象在那个星球的赤道上取出一个平面。这个平面必然是二维的。然后你把这个平面放入一个想象中的平直三维“超曲面”之中（这个“超曲面”虽然是三维的，但是并不是我们实际生存的三维空间）。在里面，从星球赤道取出的二维平面由于星球的质量存在因此会弯曲，而弯曲的形式则在这个二维平面中以一个碗状结构显示出来。这个才是嵌入图的正确定义，书里面的第130-131页对其有详细描述。据我所知，这个是我唯一一次在科普书中看到这么确切的有关嵌入图的定义。
有关嵌入图的说明（图源：《黑洞与时间弯曲》，130-131页）
在书的最后一部分，作者还讨论的虫洞以及时间机器的可能性。这个其实就进入了深水区，因为这方面的研究属于目前最有争议的范畴。作者特别讨论了时间旅行的可能性。通常反对时间旅行的一个重要依据就是时间旅行会破环因果律。比如，如果你回到你出生以前破坏了你父母的婚姻，那么你就不会出生。但是你既然没出生怎么能够后来穿越回过去呢？索恩在这里面的观点是，如果有时间机器，那么时间旅行同样的受到因果律的制约。比如，在电影《星际穿越》里面，主人公库伯后来进入了黑洞卡冈图雅（这个词英语就是巨人的意思，我很怀疑它和本书里面的“巨人”黑洞是一个词。但是本书我没读过英文版，所以暂时保留此观点），并在里面可以穿越到过去，从而与以前的他的女儿沟通。他试图让他的女儿说服以前的他自己不要去参加星际旅行。然而他失败了。为什么他会失败？因为如果他成功的话会破坏因果律。因为他既然没有参加星际旅行，那么他就不会进入卡冈图雅黑洞，也就不可能穿越到过去。所以，索恩还是一个严格信奉因果律的学者，这一点颇有爱因斯坦的遗风。
总之，《黑洞与时间弯曲》是一本非常有意思的书。如果你读完后顺便在看一下电影《星际穿越》然后关注一下基普索恩因为探测到引力波从而获得诺贝尔物理学奖的具体事迹，那么就很完美了。
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