内容简介:
没看过这本书,别说你懂《星际穿越》!天体物理学巨擘基普•索恩写给所有人的天文学通识读本,媲美霍金《时间简史》的又一里程碑式著作!好莱坞顶级导演克里斯托弗•诺兰、欧阳自远等3大院士、李淼、魏坤琳(Dr.魏)等5大顶尖科学家、《三体》作者刘慈欣联袂推荐!
在《星际穿越》之后,这一系列问题全世界都在问!本书将会告诉你答案!
为什么黑洞会吞噬一切,甚至连光都不能幸免?
为什么虫洞不是一个洞,而是一个球?
又是什么神奇的力量,让米勒星球上的一小时等于地上七年?
最简明清晰的时间与空间理论入门读本。基普•索恩教授,电影《星际穿越》的唯一科学指导,以浅显易懂的语言一一破解了宇宙中的让人瞠目结舌的奇异景观——大爆炸、黑洞、时空弯曲、潮汐力、虫洞、引力弹弓、星际旅行等,解释了所有推动剧情的天体物理学理论,还就内容的真实性将书中的科学知识分为三种:科学事实、有根据的推测和猜想,并做了明确的标注,以帮助我们解开所有剧情设计与时空旅行之谜!
14大独家视频随书讲解,打造科普阅读新体验!苟利军、王乔和王岚三位专家对于书中的黑洞、虫洞、高维空间和时间旅行等主题特别录制了讲解视频,随书同读,穿越无限。
四色彩印、酷炫视效,史上最惊艳、最走心的科普巨制!
书评:
黑洞、虫洞、弯曲、五维、时间旅行……这是一场科学的飨宴,更是一场关于人类命运的探寻。在基普•索恩搭建的这个物理世界中,人类虽渺小、无奈,但却不忘初心,执着追梦。最终,超体生物解救了库珀,皆大欢喜。科学的美丽与迷人就在于此,它不仅让我们洞悉宇宙的奇妙,而且还进一步拓宽了我们的思维,点燃好奇的火花,让思想“穿越”起来,并传递给下一代人。不过在现实中,人类的命运自然掌握在自己的手中,而那密码,恰在宇宙深处。
——欧阳自远,著名天体化学与地球化学家,中国月球探测工程首任首席科学家,中国科学院院士,发展中国家科学院院士,国际宇航科学院院士
黑洞奇点、虫洞、时间穿越、高维空间等广义相对论理论直接或间接的产物,既给人以无穷的想象空间,又可能是建立新物理的出发点。《星际穿越》一书的作者系广义相对论的著名资深学者,又是电影《星际穿越》的一位编剧和科学顾问;中文版翻译团组由活跃在天文、引力物理和宇宙学前沿的青年学者组成,译文流畅准确,编排印制考究。这是在爱因斯坦建立广义相对论一百周年之际献给科学爱好者和专业工作者的一份难得的礼物。
——李惕碚,高能天体物理学家,中国科学院院士,清华大学物理系教授,中国科学院高能物理研究所研究员
基普•索恩教授不仅是广义相对论和黑洞物理领域的世界权威,而且也正是由于他的努力,才使大众首次在电影《星际穿越》中欣赏到了黑洞、虫洞、高维空间等现代物理学中最奇妙概念的逼真展现。可以说,就算是专业研究者,若不读此书,也无法理解电影中为了真实展现这些奇妙概念所做的种种细致考虑。本书译者苟利军研究员等人是我的同事,都是非常活跃的天文学研究者,他们在百忙之中,抽出时间以最快速度将此书译为中文,分享给所有希望理解这个奇妙宇宙的读者们,实为功德无量。如果想知道科学为什么好玩,来读此书吧!
——陈学雷,国家杰出青年科学基金获得者,国家天文台研究员及宇宙暗物质与暗能量研究团组首席科学家
电影《星际穿越》刚上映时,恰巧我和《最强大脑》栏目组的专家教授们在南京。当晚我们就迫不及待地去电影院一起观看,电影非常震撼,我们半夜还讨论了很久。精彩背后,是留给我们的很多问号:为什么掉入黑洞的库珀会被超立方体营救?为什么虫洞看上去是一个球而不是一个洞?对我而言,人的神经系统是否真有能力像电影中一样在超高速情况下精确地控制飞船?有太多有关宇宙和人的问题,一直让我着迷,而今终于等到了这本书的翻译和出版。读过此书,才发现基普•索恩教授的深厚功力和严谨的科学精神,不仅将如此深奥的科学原理讲解得深入浅出、令人着迷,而且更是在每一次场景的设定上都进行了大量的计算,力求保证所有细节的科学性。如此伟大的科学家“较真”出如此伟大的一本书,非常值得一读。
——魏坤琳,北京大学心理学系副教授、博士生导师
基普•索恩教授不仅是天体物理学领域的巨匠,更是位艺术大师。在他逻辑严密的计算和对模拟效果的孜孜追求下,就连掷地有声的硬科学也变得如此柔情,如此绚丽,让人着迷。当科学的严谨遇上真性情,令人惊叹的化学反应自然会生生不息。
——刘慈欣,中国当代最知名的科幻作家,畅销书《三体》作者
摘录:
假设你是一只蚂蚁,生活在一张儿童蹦床上——就是那种由高高立柱支撑起来的橡皮膜。此时,一块很重的石头落在其上,把橡皮膜拉向下方(见图 4-1)。不过,你是一只失明了的蚂蚁,看不见立柱、石块或者弯曲的橡皮膜。但你是一只聪明的蚂蚁,你怀疑自己生活与其中的整个宇宙(橡皮膜)是弯曲的。为了验证橡皮膜的形态,你先在橡皮膜上方靠外围的区域绕了一圈,并测量了圆圈的周长,然后你从这个圆圈的一头穿过中心点径直爬到另一头,并测量了圆圈的直径。如果你所在的世界是平直的,那么圆圈的周长和直径的比值应该正好等于圆周率,即π(3.14159...)。可是在蹦床上,你发现圆圈的周长比直径还要小得多。这让你肯定,你的宇宙是高度弯曲的!
在无自旋的黑洞周围,空间弯曲和蹦床类似。取黑洞的赤道面切片,你就会得到一个二维的表面。从高维空间(超体)中看,这个表面的弯曲方式和蹦床一样。图 4-2 展示了黑洞弯曲的空间,看起来与图 4-1 一样,只是我们移去了立柱和蚂蚁,并在黑洞中心用奇点代替了石头。
奇点是一个非常小的区域,在那里二维表面变成了一个点,所以空间才会产生“无限扭曲”。在奇点处,潮汐力无限强大,任何已知物体都会被拉伸和挤压到无法存在。在第 25 章、第 27 章和第 28 章中,我们会看到卡冈都亚的奇点与此处略有不同,而且还会知道为何不同。
蹦床的弯曲是由石头的重量产生的。你可能会猜想,类似地,黑洞的空间弯曲也来自奇点。但并非如此。事实上,黑洞的空间弯曲是由引起空间弯曲的巨大能量造成的。这正是我想强调的。虽然这看起来像是自我循环,但却包含着更深刻的含义。
正如准备射箭时拉开一张硬弓需要很多能量一样,若想使空间弯曲也需要大量能量。而正如弯曲的弓储存了弯曲能量一样(直到松开弦,能量才会从弓传送到箭上),弯曲能量也储存在黑洞的弯曲空间中。对黑洞来说,弯曲能量是如此巨大,以至于它本身就可以产生空间弯曲。
空间弯曲这种非线性、自我循环式的行为违反了我们的日常经验,却正是爱因斯坦相对论物理定律的一个基本特性。这有点儿像科幻小说中的人物回到过去并孕育了自己的情节。
这种自我循环式的空间弯曲并不在太阳系内发生。空间弯曲在整个太阳系中都显得非常小,这种能量也微不足道,远达不到产生循环式弯曲的级别。太阳系内几乎所有的空间弯曲都是由质量——太阳的质量、地球的质量、其他行星的质量直接产生的。相反,黑洞的空间弯曲则完全由弯曲自身造成。
如果我带着一个微波发射器(microwave transmitter)落入黑洞,当我穿过视界后,将不可避免地被拉向下方的黑洞奇点。不管我怎样尝试,我发出的所有信号也会和我一样被拉向下方。任何处在视界上方的人都无法看到我穿过视界后发出的信号。我和信号都被困在了黑洞中(关于这一现象在电影《星际穿越》中的呈现,请看第 27 章)。
困住我的实际上是黑洞的时间弯曲。假设我带着火箭喷射引擎在黑洞上方盘旋,我越靠近视界,我的时间流逝将变得越慢。在视界处,时间流逝将停滞。根据爱因斯坦的时间弯曲理论,我感受到的引力拉伸将趋于无穷大。
在视界内发生了什么?时间在那里将被极度弯曲,以至于你会认为时间的流逝方向与某个空间方向重合了:时间将向下流逝,指向奇点。事实上,时间之所以向下流逝,正是因为没有东西能离开黑洞。所有东西都被无可避免地拉向未来。在黑洞内部,未来指向奇点,远离视界,因此,一切都被无可避免地拉向下方,无法离开。
黑洞可以自旋,就好像地球会自转一样。自旋的黑洞会拉动它周围的空间进行一种漩涡式的回旋运动(见图4-4)。就好像飓风中的空气在靠近黑洞中心的地方时空间回旋会变得越来越快,而越向外远离黑洞的地方会回旋得越慢一样,任何落向黑洞视界的东西,都会被回旋的空间拉着,不停地绕着黑洞做回旋运动,如同被飓风捕获和拖拽着的一根稻草。在视界附近,这种拖拽将变得无法抗拒。
(摘编人:刘方)