《看不見的星：黑洞與時間之河》是2014年清華大學出版社出版的書籍，作者是趙崢。
基本介紹
- 書名：看不見的星：黑洞與時間之河
- 作者：趙崢
- ISBN：9787302385899
- 定價：35元
- 出版社：清華大學出版社
- 出版時間：2014-12-12
作品引言,作品目錄,
作品引言
趙崢編寫的《看不見的星（黑洞與時間之河）》在相對論和彎曲時空的背景下介紹黑洞概念的產生和發展，從物理、數學、天文三個方面介紹黑洞的性質及生成的可能性。介紹黑洞的熱性質和量子性質，特別是黑洞熵、信息疑難和奇點疑難。
書中含有前沿研究的成果，並指出了當前面臨的困難，介紹了黑洞研究所啟示的“熱”與“時間性質”的深刻連繫。本書還介紹了相對論和黑洞研究的經歷，包括愛因斯坦、霍金等許多學者的奇聞軼事，具有較大的趣味性和可讀性。
我第一次接觸到黑洞這個概念，是在1958年前後。當時我在北京一中上國中，這所古老的中學有一個歷史悠久的圖書館。我的同班好友裴申是一位天文愛好者，他從學校圖書館借到一本叫做《每月之星》的科普讀物，聽他談論後我覺得非常有趣，於是也去圖書館借了一本。
這本書把中國古代的星座與希臘的星座對照介紹，不僅有美麗的神話，而且有當時最先進的科學知識。書中介紹了白矮星，那裡有令人咋舌的地球人無法想像的高密度物質，體積像小酒杯大小的一塊就重達1噸左右。書中還介紹了尚未發現的中子星，而且談到愛因斯坦的廣義相對論預言存在一種“看不見的星”。由於引力太大，這種星的光跑不出來，我們看不見。這種“看不見的星”就是今天所說的黑洞。這是我第一次在書中看到有關黑洞的知識。我是一個喜歡讀科普書的人，但此後十多年，再也沒有從其他科普書和科普文章中看到有關黑洞的介紹。引言看不見的星： 黑洞與時間之河
《每月之星》是我讀過的最好的科普書，作者叫陶宏。書中序言的最後寫道： “一九四九年一月二十二日，北平停戰之日，陶宏寫於北大紅樓。”
1978年我到北師大天文系讀研究生時，在一次談話中提到《每月之星》這本書和作者陶宏，我的導師之一、時任天文系主任的馮克嘉先生告訴我，陶宏是陶行知先生的兒子。
1996年，我在北師大研究生院工作，有幸與顧明遠教授同在一個辦公室。中午休息時，我去翻看顧先生書架上的《陶行知文集》。在書中發現許多與《每月之星》相近的內容。
於是我又去翻看《每月之星》這本書的複印件，這才注意到一些我少年時代未曾注意的內容。陶宏在序言中說，這本書採用的是他在給父親做“小助教”時用過的資料。陶行知先生過世後，他覺得有必要把父親積累的素材編寫成書，並終於編纂出版了《每月之星》這本科普讀物。
我當時感到十分震驚，原以為陶行知先生只是一個文科知識和社會知識豐富的教育家，沒想到他除去“中曉人和”之外，居然還“上知天文，下知地理”。我看到了一位真正偉大的教育家的形象，他為當代的教育工作者樹立了光輝的榜樣。細想起來，孔夫子不也是一位百科全書式的人物嗎？
我上大學期間，雖然在大三結束的暑假（1965年）自學過廣義相對論，但所看的那三本書中均未談到黑洞。我再次注意到黑洞是在大學畢業之後，分配到哈爾濱東北石油化學所工作期間。1974年的一天，我在所資料室中翻閱雜誌，注意到當時的《科學通報》上有王允然先生寫的一篇介紹黑洞的高級科普文章，我看得津津有味。
我在中國科技大學上學期間，王先生是物理系的老師，但未教過我，不認識他，只是聽說過他的名字。他和科大的一些老師和同學，通過自學攻讀鑽進了廣義相對論的研究領域，並在宇宙學和黑洞領域開展了研究。他們組的成員有的是我上學時的年輕老師，有的是我的同學，這些熟識的名字給我巨大的鼓舞，也進一步加深了我對廣義相對論和黑洞的興趣。
真正開始鑽研黑洞，是在我進入北京師範大學，做了劉遼先生的研究生之後。劉遼先生是一位正直的知識分子。抗戰期間，他曾就讀過空軍幼年學校，準備為保衛祖國而戰。抗戰結束後，他又參加過共產黨的外圍組織，散發過《挺進報》。解放後，青年劉遼從北大畢業，打算走科學報國的道路，但卻不幸被打成右派。在那些艱難的歲月里，他沒有選擇放棄，而是一心苦鑽理論物理，讓自己的思想在愛因斯坦與相對論的天空中翱翔。
當改革開放的春天降臨之際，已經掌握了相對論基本理論的劉遼，終於獲得了施展抱負的機會，他開始在北師大建立研究相對論的基地，並在國內各地到處宣講、傳播愛因斯坦的理論。我有幸在這個時候考取了劉先生的研究生，在他的帶領下逐漸深入到廣義相對論和黑洞研究的前沿，從一個黑洞的旁觀者，變成了黑洞的探索者。
當我於三十多年前初次跨入黑洞領域的時候，只有少數研究廣義相對論的人對黑洞感興趣，在那裡仔細計算、反覆推敲、熱烈爭論。天文學家一般都對此漠然視之，對宇宙中是否存在黑洞不置可否。
三十多年後的今天，情況倒過來了。天文學家大都對黑洞的存在感到樂觀，認為宇宙中存在著黑洞，而且不少人認為可能存在大量的黑洞，不斷有人發表論文，說這裡有黑洞，那裡是黑洞，似乎宇宙中處處都有黑洞。
與此相反，原來研究黑洞的理論物理學家，卻有許多人感到情況不太妙，在那裡爭論、反思。包括霍金在內的一些專家認為，原先可能把黑洞想像得太理想化了，真實的黑洞即使存在，也與理論計算出的可能有很大的差別，甚至也可能根本就不存在黑洞。
天文學家對黑洞的樂觀看法，產生自天文觀測。我們知道，根據計算，一顆太陽質量的恆星，半徑70萬千米，密度約為每立方厘米1.4克，形成白矮星後，半徑縮到1萬千米，密度達到每立方厘米1噸左右。如果形成中子星，其半徑將縮到10千米，密度達到每立方厘米1億~10億噸。如果形成黑洞，其半徑將只有3千米，“平均密度”達每立方厘米100億噸。
現在，白矮星早已在天文觀測中大量發現，約占恆星總數的十分之一。原來認為不可思議的中子星也已發現很多。而從天文學角度來看，黑洞與中子星的半徑和密度其實相差不大。因此，黑洞的存在似乎是順理成章的事了。
另外，類星體巨大能量的來源，星系中心看不見的超大質量，以及引力透鏡等，這些觀測結論都能用黑洞給出較為合理的解釋。
而物理學家對黑洞的反思則來源於黑洞理論造成的信息疑難、奇點疑難等帶有根本性的理論困難，以及以往對黑洞的過於理想化的認識。
黑洞究竟是一種什麼樣的天體，它到底存在不存在？本書將從天文學、物理學和數學的不同角度，來闡釋黑洞的來龍去脈，它的幾何結構和物理結構，它可能有哪些有趣的效應。本書還將介紹，對黑洞的研究，給物理學帶來了哪些收穫和重要啟示。
黑洞這種從廣義相對論和微分幾何推演出來的天體，在沒有引入任何統計假設的條件下，居然自動導出了溫度和熵。也就是說，當時空彎曲到一定程度的時候，物體將自然出現熱效應。這種不可思議的結果顯示，萬有引力與熱之間，存在著目前尚不清楚的深刻的本質聯繫。
對黑洞和彎曲時空的深入思考，進一步把我們的注意力引向了“時間之河”。於是，我們在廣義相對論和黑洞理論的基礎上，深入探討了熱力學定律與時間性質之間的關係。
我們的“大膽猜測”和“小心求證”也許會勾起不少讀者的興趣，給他們帶來愉悅的思考，並把他們引向持續千年的難題： 時間究竟是什麼？
作者在寫作本書的過程中，謹記一個原則：一本好書，不只要讓人相信其內容，更重要的是讓人有興趣去進一步思考、探索和發現。
具有高中以上學歷的讀者不僅可以從本書中學到許多關於廣義相對論、黑洞和時間本性的有趣知識，而且能夠在不知不覺中提高自己的懷疑能力、創新能力和探究能力。
本書是在清華大學出版社和鄒開顏編輯的大力協助下完成的，還得到石磊、朱紅蓮等編輯的支持；北京師範大學物理系研究生祁景釗、梁桂榮協助列印了書稿，作者在此深表感謝。
作者的科研、教學和寫作工作，長期得到國家自然科學基金（如10373003,10773002等）和教育部“精品視頻公開課”經費，以及北京師範大學教學經費的支持，在此一併表示深切謝意。
趙崢2014年夏於北京
作品目錄
第一章初窺黑洞 / / 001
第二章恆星演化，走向黑洞 / / 016
第三章彎曲的時空 / / 044
第四章奇妙的黑洞 / / 070
第五章黑洞附近的物理效應 / / 091
第六章探索黑洞的明星——霍金 / / 119
第七章黑洞的信息佯謬 / / 137
第八章奇點——時間有無開始與終結 / / 150
第九章時間測量的疑難與探索 / / 168
第十章千古難題: 時間是什麼 / / 186
主要參考書目 / / 200
