互动科普

 很高兴看到我和我的学生一起翻译的《黑洞之书》终于出版了，这是一本我很喜欢的书。

翻译此书的初衷是带有一些私心的。我自己从事黑洞研究，而且指导学生做相应的研究。学生需要一本相对简单、全面、权威且包含学界研究最新进展的黑洞入门读物，这本篇幅精炼的《黑洞之书》就完全满足了我的这些需求，所以当中信出版社科普工作室邀请我翻译此书的时候，我欣然答应了。

黑洞是宇宙间最为简单却又极为神秘的一类天体，这本书介绍了黑洞的发现历史、基本知识以及它的研究现状和最新进展。牛顿提出的万有引力定律，可以说是人类认识史上的一件巅峰之作，黑洞概念的雏形就是由18世纪的数学家拉普拉斯在牛顿定律的基础上提出来的。然而，对于黑洞的现代描述却是建立在爱因斯坦的广义相对论的基础之上。在广义相对论提出的几个月之后，当时身处俄国前线的德国物理学家卡尔·施瓦西依然心系科研，在战壕之中得到了爱因斯坦方程的第一个黑洞数学解，它描述了没有转动黑洞周围的时空几何。不幸的是，因为身染重疾，几个月后施瓦西就在前线过世了。为了纪念施瓦西的重要贡献，后人将此解命名为施瓦西解。

（图片来源：NASA-JPL）

宇宙间的天体通常都有自身的转动，更符合实际情况的克尔解的出现让人们等待了将近50年。直到20世纪60年代初，爱尔兰数学家罗伊·克尔得到了旋转黑洞的精确解，这也是对宇宙间普遍真实存在的黑洞周围几何的理论描述。就在同一时期，随着X射线天文学的出现于兴起，第一个后来被确认为黑洞的系统——天鹅座X-1——被观测到，作为20世纪60年代的四达天文学重大发现之一的类星体，在后来也被确认为与超大质量黑洞有关。这些理论和观测的发展齐头并进，激发出物理学家和天文学家的研究兴趣与热情，自此，对于黑洞的研究进入了黄金时期。我们现在所知道的大部分关于黑洞的知识和问题就是在20世纪六七十年代完成的，约翰·惠勒、基普·索恩、史蒂芬·霍金等是这一黄金时期的代表人物。

在对单个黑洞的研究趋向成熟之际，黑洞研究的热点逐渐转向了双黑洞的合并及其产生的引力波，这也是伴随着计算机的成熟而逐渐发展起来的。索恩教授是这方面的先行者，他不仅大力发展用来探测引力波的地面装置，也发展团队开展相对论数值模拟，计算两个黑洞的合并。从20世纪90年代筹建地面设备开始，经过一次大规模的设备升级，2015年9月14日，美国的激光干涉引力波天文台（LIGO）终于探测到了距离地球10亿光年的引力波。这是对爱因斯坦广义相对论的再一次验证，让我们不禁感叹爱因斯坦理论的伟大。这一年也恰好是广义相对论发表100周年，此时发现引力波极具纪念意义。引力波的直接探测，还为人类探索宇宙打开了一个全新的窗口。通过引力波，科学家们又一次发现了一些前所未见的现象，比如，大质量的恒星级黑洞。这些新的发现不断地改变着我们对宇宙天体的认识，索恩教授作为LIGO项目的领军人物之一，喜获2017年诺贝尔物理学奖。

这些历史故事都穿插于此书的各个章节中。除此之外，对于大家所好奇的冻结星问题、 黑洞中心能否实现时空倒流等问题，本书也都有提及。需要说明的是，虽然最初翻译此书藏有一点儿私心，但这本书不仅适合想了解黑洞的学生，同样适合想对黑洞有更多了解的没有专业背景的读者。在此书翻译和校对的过程当中，就某些疑难问题请教了我的同事、国家天文台的陆由俊老师，在此表示衷心感谢。本书经过译者和编辑的共同努力，希望能够把最好的内容展现给读者。愿读者通过阅读此书，能够对宇宙神秘天体多一分了解，少一分神秘，从而扩展自己的知识疆域。

是为记，纪念辛苦的翻译和不易的出版。