天體物理學(xué)家科普作品。英文版2020年11月出版，算比較新的書(shū)。主要內(nèi)容是介紹學(xué)術(shù)界對(duì)黑洞的最新看法，想象宇航員在黑洞外圍、進(jìn)入黑洞后的場(chǎng)景。
全書(shū)通俗易懂，沒(méi)有一個(gè)公式，沒(méi)有難懂的學(xué)術(shù)術(shù)語(yǔ)。內(nèi)容大部分應(yīng)該是學(xué)術(shù)界共識(shí)。1：黑洞即虛無(wú)。黑洞的特別之處在于它不包含任何物質(zhì)。黑洞的內(nèi)部空無(wú)一物；
2：黑洞可以偽裝成一個(gè)物體，但它本質(zhì)上是一個(gè)區(qū)域，時(shí)間與空間中的一個(gè)區(qū)域。確切地說(shuō)，黑洞是一種特殊的時(shí)空；
3：從外看內(nèi)，黑洞是不透明的；從內(nèi)看外，世界是完全透明的；
4：我們無(wú)法得知黑洞內(nèi)部的物質(zhì)究竟是毀滅了，還是以殘骸的形式留存，或是進(jìn)入了另一個(gè)宇宙；
5：奇點(diǎn)既是空間和時(shí)間的終結(jié)，也是存在的終結(jié)；
6：最受公眾歡迎的一個(gè)猜想就是：黑洞內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu)可能會(huì)破裂，從而在另一片空間中形成白洞；
7：任何物體都無(wú)法從黑洞中逃離，可黑洞卻縱容自己釋放霍金輻射，從而緩慢蒸發(fā)；
8：黑洞將所有信息都編碼于邊界之上。
總體評(píng)價(jià)4星，不錯(cuò)。
以下是書(shū)中一些內(nèi)容的摘抄：
黑洞即虛無(wú)。黑洞的特別之處在于它不包含任何物質(zhì)。黑洞的內(nèi)部空無(wú)一物。無(wú)數(shù)恒星的微光點(diǎn)亮了宇宙虛空，而無(wú)數(shù)不可見(jiàn)的黑洞則幽靈般地藏匿于恒星間隙。我們正繞著銀河系中心的一個(gè)黑洞旋轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，我們也正向仙女座大星系中心的另一個(gè)黑洞緩慢靠攏。圖片來(lái)源：ERNIE-ViLG 文生圖
無(wú)論從現(xiàn)實(shí)還是理論上講，黑洞都是宇宙對(duì)人類(lèi)的饋贈(zèng)，它們會(huì)現(xiàn)跡于可觀測(cè)宇宙中最遠(yuǎn)也最古老的地方。它們維持著星系，定居在風(fēng)車(chē)狀星系和其他恒星島嶼的中心。同時(shí)，它們也是人類(lèi)探索知識(shí)邊界的天然實(shí)驗(yàn)室。黑洞簡(jiǎn)直是人類(lèi)開(kāi)展思想實(shí)驗(yàn)，追問(wèn)宇宙奧秘的絕佳場(chǎng)所。在尋找黑洞時(shí)，你并不是在找一個(gè)實(shí)打?qū)嵉暮谏蝮w。黑洞可以偽裝成一個(gè)物體，但它本質(zhì)上是一個(gè)區(qū)域，時(shí)間與空間中的一個(gè)區(qū)域。確切地說(shuō)，黑洞是一種特殊的時(shí)空。愛(ài)因斯坦出現(xiàn)前，人們通常認(rèn)為引力是一個(gè)物體作用在另一個(gè)物體上的力，這種力離奇地不需要相互接觸。愛(ài)因斯坦出現(xiàn)后，一切都變了，引力變成了彎曲的時(shí)空?？傻厍蛉绾卧诓唤佑|的情況下?tīng)恳铝聊兀克](méi)有。它完全沒(méi)有牽引月亮，它不施加任何力。相反，地球彎曲了周?chē)目臻g，月亮在其中自由地運(yùn)動(dòng)。圖片來(lái)源：ERNIE-ViLG 文生圖
光路的彎曲第一次檢驗(yàn)了廣義相對(duì)論。1919年5月29日的日食讓畢宿星團(tuán)（也叫畢星團(tuán)）的一小束光落入了亞瑟·愛(ài)丁頓的望遠(yuǎn)鏡中。事件視界上的光看著像盤(pán)旋在黑洞上方，它以固定的速度前行卻始終無(wú)法逃離黑洞，就像條掙扎在難以逾越的空間水塘邊緣的小魚(yú)。推它一下，它就會(huì)輸?shù)襞c黑洞的較量，撲通一聲落入其中。視界內(nèi)部的事件無(wú)法對(duì)外界施加影響，更無(wú)法向外部世界傳遞任何信息或能量。反過(guò)來(lái)卻并非如此，外部事件可以被傳遞到內(nèi)部，黑洞之外的世界可以影響黑洞之內(nèi)的世界。從外看內(nèi)，黑洞是不透明的；從內(nèi)看外，世界是完全透明的。黑洞不是一個(gè)物體。黑洞是虛無(wú)。赤裸的黑洞是完全空蕩的時(shí)空。沒(méi)有原子、光、弦，以及可見(jiàn)或不可見(jiàn)的各種形式的粒子。用物理學(xué)術(shù)語(yǔ)來(lái)講，黑洞是真空的。然而，恒星坍縮并不是黑洞形成的唯一途徑，高度壓縮的物質(zhì)總被錯(cuò)誤地與黑洞畫(huà)上等號(hào)。但高密物質(zhì)不是黑洞的本質(zhì)。黑洞不是物質(zhì)。擺脫黑洞就是致密物質(zhì)的印象吧。把黑洞理解為赤裸的事件視界、彎曲的空曠時(shí)空，或者一片虛空。我為這個(gè)概念著迷，從而踏上了成為天體物理學(xué)家的道路。你一定會(huì)問(wèn)，如果沒(méi)有物質(zhì)，黑洞怎么可能擁有質(zhì)量？恒星原始的物質(zhì)消失了，但質(zhì)量的等效能量在黑洞中得以保留。但這種說(shuō)法具有誤導(dǎo)性，并回避了關(guān)鍵問(wèn)題所在。黑洞不是恒星物質(zhì)的殘余，即便它里面包含了物質(zhì)。事件視界從外部掩蓋了墜入物質(zhì)的命運(yùn)，所以我們無(wú)法得知黑洞內(nèi)部的物質(zhì)究竟是毀滅了，還是以殘骸的形式留存，或是進(jìn)入了另一個(gè)宇宙。從遠(yuǎn)處看，似乎視界上的時(shí)間是靜止的，似乎所有時(shí)鐘都停擺了，包括你的生物鐘，似乎你需要無(wú)限漫長(zhǎng)的時(shí)間才能穿越事件視界。但就你自身而言，你的時(shí)間流逝是完全正常的。你隨身攜帶的時(shí)鐘沒(méi)有發(fā)生任何意料之外的變化，時(shí)鐘的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制看起來(lái)完美無(wú)缺，你跨越事件視界的整個(gè)過(guò)程也顯得平平無(wú)奇。一切都顯得歲月靜好，盡管在面對(duì)黑洞內(nèi)部前途未卜的命運(yùn)之前，你只有少量的時(shí)間來(lái)享受生活。面臨最終的死亡之前，你會(huì)看到愛(ài)麗絲的時(shí)鐘運(yùn)轉(zhuǎn)得飛快，要比你的快太多了。她正在時(shí)間的長(zhǎng)河中急馳而過(guò)，而她發(fā)送給你的視頻信息已經(jīng)快到模糊不清。當(dāng)你即將暴斃于黑洞中心時(shí)，她早已衰老成一個(gè)老嫗，平和地走進(jìn)生命的盡頭。在你從這個(gè)世界完全消失的前幾分之一秒中，你目睹了你們的空間站暴露在星際物質(zhì)、恒星風(fēng)、致命的超新星爆發(fā)和死亡恒星間的激烈碰撞中，一步一步腐朽老化，最終支離破碎，消散于浩瀚的空間中。假設(shè)時(shí)間和空間首先是由無(wú)限遙遠(yuǎn)的時(shí)鐘來(lái)測(cè)量的，那么這些時(shí)鐘的觀察者進(jìn)入黑洞后將不得不得出如下結(jié)論：在事件視界內(nèi)，他們?cè)?jīng)稱(chēng)為時(shí)間的東西現(xiàn)在成了空間，他們?cè)?jīng)認(rèn)為是空間的東西現(xiàn)在變成了時(shí)間。我們?cè)氘?dāng)然地把黑洞奇點(diǎn)當(dāng)成一個(gè)球體的中心。但實(shí)際上，它位于未來(lái)的時(shí)間點(diǎn)，而非空間中的一點(diǎn)。你無(wú)法看到黑洞的中心，因?yàn)楣獠荒軓钠纥c(diǎn)向你傳播，就好比光不能進(jìn)入過(guò)去一樣。時(shí)間不能倒流。在奇點(diǎn)上死亡，就是你的未來(lái)。可一旦你穿過(guò)事件視界進(jìn)入黑洞內(nèi)部，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)你仍然可以看到黑洞外的世界。你根本沒(méi)有陷入想象中的黑暗。相反，來(lái)自銀河系的光如雨點(diǎn)般傾瀉而下，毫無(wú)阻礙地穿入事件視界，為你呈現(xiàn)了一幅高度扭曲的外界影像。盡管黑洞外表看起來(lái)一片漆黑，它的內(nèi)部卻是光明一片。如果遵循數(shù)學(xué)推導(dǎo)，我們就要面臨一個(gè)無(wú)比殘酷的結(jié)局。廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)，黑洞的內(nèi)部世界會(huì)持續(xù)收縮，時(shí)空也會(huì)災(zāi)難般地完全扭曲，最終形成一個(gè)奇點(diǎn)。在奇點(diǎn)上，所有路徑都會(huì)終結(jié)。奇點(diǎn)也可能是時(shí)空中的一個(gè)切口，原始恒星的物質(zhì)掉進(jìn)了奇點(diǎn)切口，自此灰飛煙滅，不復(fù)存在于宇宙中。也就是說(shuō)，視界背后實(shí)際形成黑洞的坍縮物質(zhì)不僅與黑洞的結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)，而且已經(jīng)從時(shí)空中消失了。這個(gè)時(shí)空切口不通往任何地方。奇點(diǎn)既是空間和時(shí)間的終結(jié)，也是存在的終結(jié)。任何物體，一旦被空間碾碎，被推進(jìn)奇點(diǎn)，就不再擁有未來(lái)。奇點(diǎn)上的死亡是最完全、最有力的存在性死亡。如果仍然無(wú)法找到切實(shí)證據(jù)，我們就只能屈服于各種各樣的猜想。其中最受公眾歡迎的一個(gè)就是：黑洞內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu)可能會(huì)破裂，從而在另一片空間中形成白洞。因?yàn)榘锥赐ㄏ虻目臻g要比黑洞表面更大，整個(gè)過(guò)程就像是又一場(chǎng)宇宙大爆炸。如同《神秘博士》中的塔迪斯，黑洞里可能藏有另一個(gè)宇宙。對(duì)外部觀察者而言，黑洞唯一可區(qū)分的特征就是它的質(zhì)量、電荷和角動(dòng)量。一個(gè)給定質(zhì)量、電荷和角動(dòng)量的黑洞與其他所有擁有相同質(zhì)量、電荷和角動(dòng)量的黑洞完全相同。這三個(gè)識(shí)別特征決定了黑洞時(shí)空的幾何性質(zhì)，即事件視界和周?chē)鷷r(shí)空的大小和形狀。宇宙射線撞擊地球大氣層的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了對(duì)撞機(jī)所產(chǎn)生的能量。我們的地球和其他任何行星都未曾消失在迷你黑洞里，就算微型黑洞能夠在地球大氣中形成（我們對(duì)此表示強(qiáng)烈懷疑），它們也會(huì)因?yàn)檫^(guò)于不穩(wěn)定，從而無(wú)法毀滅地球。沒(méi)有證據(jù)表明宇宙中曾出現(xiàn)過(guò)這些原始迷你黑洞。但是，有令人信服的證據(jù)可以證明，在宇宙大爆炸幾十億年后能夠形成黑洞時(shí)，宇宙就恰逢其時(shí)地產(chǎn)生了恒星級(jí)黑洞。現(xiàn)在我必須承認(rèn)，“黑洞”這一抽象概念正表現(xiàn)得越來(lái)越像宇宙中真實(shí)存在的物體。架設(shè)于衛(wèi)星、熱氣球和地面上的望遠(yuǎn)鏡能夠窺探來(lái)自宇宙深處的光線。它們一致得出結(jié)論，黑洞是真實(shí)存在的。物質(zhì)被卷入了由黑洞驅(qū)動(dòng)的電磁風(fēng)暴。它們的加盟使得無(wú)形的黑洞變得清晰可辨，如同龍卷風(fēng)中的塵埃一樣忠實(shí)地標(biāo)識(shí)著風(fēng)暴的蹤跡。黑洞將物質(zhì)泥沼加速旋轉(zhuǎn)成明亮的噴流，垂直推進(jìn)數(shù)百萬(wàn)光年，終于成為可觀測(cè)宇宙深處震撼人心的燈塔。類(lèi)星體位于星系核心，是由超大質(zhì)量黑洞驅(qū)動(dòng)的活動(dòng)星系核?；顒?dòng)星系核的質(zhì)量從數(shù)百萬(wàn)到數(shù)十億太陽(yáng)質(zhì)量不等，卻集中于比太陽(yáng)系還小的空間內(nèi)，宛如一個(gè)沉重的錨，固定著致密、擁擠的星系中心。星系核周?chē)h(huán)繞著成千上萬(wàn)個(gè)小黑洞和已經(jīng)死亡或仍然活著的恒星。通過(guò)對(duì)恒星運(yùn)動(dòng)的觀察，我們得以推斷出，超大質(zhì)量黑洞存在于銀河系中心，其質(zhì)量約為太陽(yáng)質(zhì)量的400萬(wàn)倍。我必須承認(rèn)，目前存在一個(gè)細(xì)微漏洞，使得“黑洞是黑暗的”這一假設(shè)理論上不再成立：霍金輻射。我們將引力等同于時(shí)空，用約翰·惠勒的話來(lái)講，時(shí)空中的物質(zhì)和能量告訴時(shí)空如何彎曲，而彎曲的時(shí)空告訴物質(zhì)和能量在其中如何運(yùn)動(dòng)。任何物體都無(wú)法從黑洞中逃離，可黑洞卻縱容自己釋放霍金輻射，從而緩慢蒸發(fā)。此情此景荒誕地違反了我們的直覺(jué)，同時(shí)也是對(duì)黑洞自身的絕妙諷刺。霍金證明，輻射熱量會(huì)泄露到事件視界外的空間，信息卻無(wú)法與之同行，最終黑洞會(huì)在霍金輻射中爆炸，什么都不會(huì)留下，包括事件視界。上述情景引發(fā)了物理學(xué)的理論危機(jī)，即黑洞信息丟失悖論。一方面，黑洞奇跡般地抹除了內(nèi)部信息。另一方面，信息是神圣的，絕對(duì)不會(huì)丟失。波函數(shù)能夠告訴你，你在空間中某位置發(fā)現(xiàn)量子粒子的概率，你發(fā)現(xiàn)量子以某種速度運(yùn)動(dòng)的概率，以及你發(fā)現(xiàn)量子處于任何特定狀態(tài)的概率。黑洞的存在摧毀了信息的神圣性，亦即探尋真理和決定論的一切希望。量子力學(xué)的不確定性仍然存在，只不過(guò)是在確定性的波函數(shù)中找到了容身之處。問(wèn)題在于，我們既無(wú)法拋棄引力理論，也舍不得放棄量子力學(xué)。因此，我們有理由懷疑宇宙正在戲弄我們，明知不可能，卻慫恿我們將兩者同時(shí)欣然接受。在上面的復(fù)述中，我們面臨的挑戰(zhàn)是如何權(quán)衡兩種難以調(diào)和的論調(diào)?！奥淙牒诙吹男畔⒂肋h(yuǎn)無(wú)法逃逸”與“信息的確能夠逃逸”，哪一個(gè)才是正確的？解決如此棘手的問(wèn)題或許需要更加大膽的想法：兩者都對(duì)。這便是我們的推測(cè)——同時(shí)發(fā)生。上述推理的必然結(jié)論便是，黑洞是幅全息圖，也就是使用二維編碼來(lái)投射出的三維影像。請(qǐng)嘗試說(shuō)服你自己，黑洞將所有信息都編碼于邊界之上。黑洞內(nèi)的三維空間只不過(guò)是一種浮華、一種虛擬投影、一種派對(duì)上的假把戲。量子糾纏必須嚴(yán)格遵守一夫一妻制，霍金粒子對(duì)中的每位成員都要盡可能地與其伴侶相互糾纏。就像前文顏色類(lèi)比所要求的，虛粒子量子態(tài)中的每個(gè)細(xì)節(jié)都要與配偶的對(duì)應(yīng)細(xì)節(jié)嚴(yán)絲合縫地綁定，以滿足重返真空的條件?；艚鸸庾拥乃行畔⒍家c其配偶的信息捆綁在一起，所以，粒子對(duì)中沒(méi)有任何剩余的信息可以允許第三者插足。如果確實(shí)存在這樣一堵火墻，那便沒(méi)人能夠混進(jìn)黑洞內(nèi)部，因?yàn)楹诙吹膬?nèi)部世界根本就不存在。黑洞將終結(jié)于事件視界周?chē)幕饓?，任何企圖翻墻入洞的侵入者都將毫無(wú)疑問(wèn)地引火燒身，玉石俱焚。更進(jìn)一步，黑洞甚至可能只是一個(gè)空殼，沒(méi)有獨(dú)屬的內(nèi)部空間。黑洞的內(nèi)部世界只存在于連接蟲(chóng)洞與外部糾纏的量子位之間的隧道中。當(dāng)你落入黑洞時(shí)，蟲(chóng)洞的存在會(huì)確保你同時(shí)也存在于黑洞之外。你的信息落入了黑洞，但同時(shí)也成功逃逸了。太陽(yáng)曾經(jīng)一度被尊為星系的中心，即整個(gè)宇宙的中心。然而，太陽(yáng)隨后便被“廢黜”了。人馬座A*上位成為銀河系的終極主角，由銀河系中幾乎所有恒星系統(tǒng)、球狀星團(tuán)（由不規(guī)則運(yùn)動(dòng)的恒星組成的怪異致密的恒星集團(tuán)）以及一個(gè)恰如其名的、不可見(jiàn)的暗物質(zhì)暈緊密環(huán)繞。
