【牛津通識課．宇宙篇】黑洞：扭曲時空之地

　　人類是如何發現黑洞的存在？
　　黑洞真的完全是黑的？
　　物質掉進黑洞會怎樣？
　　如果一個黑洞掉入另一個黑洞，又會發生什麼事？

　　「黑洞」是宇宙中最奇特的天體之一，
　　也是人類想像力的極限之地。
　　其神祕危險又充滿吸引力的形象，
　　讓人們認為只要揭開黑洞之謎，就能找到關於宇宙形成的終極答案。

　　本書從黑洞的形成與擴張、黑洞的本質與特徵開始說起，
　　帶你穿梭各個星系，
　　觀賞超巨大的「怪獸」黑洞與其引發的各種奇異現象，
　　介紹與黑洞相關的理論基礎與研究發展。

　　你將在超乎想像的遊歷過程中，
　　建立關於黑洞的基礎知識框架。

　　【關於牛津通識課】

　　牛津通識課（Very Short Introductions，簡稱VSI）是牛津大學出版社（Oxford University Press）的系列叢書，秉持「為所有讀者提供一個可讀性強且包羅萬千的工具書圖書館」的信念，自1995年出版以來，該系列內容涉及歷史、神學、藝術、哲學、文學、醫學、自然科學、政治等數十多種領域，出版近七百本讀物。每一本書對應一個主題，都由該領域公認的專家撰寫，篇幅簡潔精煉，並提供進一步深度閱讀的建議，確保讀者讀完後能建立該主題的專業級知識框架。

　　VSI系列上市以來取得了極大的成功，已被翻譯為二十五種語言，全球銷量超過一千萬冊，其中許多讀本被選為大學入門教材。

　　「牛津通識課•宇宙篇」精選重力、行星、光與黑洞四個宇宙學最熱門、最基礎的主題，透過專業簡明的論述與圖表，迅速建立關於宇宙的知識架構。
 

作者簡介

凱薩琳‧布倫戴爾（Katherine Mary Blundell）

　　英國牛津大學天體物理學教授，牛津大學聖約翰學院（St. John’s College）高級研究員。其研究領域主要為宇宙中的極端能量現象，包括：黑洞、天體物理噴流、活躍星系等。

譯者簡介

葉織茵

　　專職譯者。譯有《拿破崙並不矮：歷史寫錯了！》、《10分鐘入禪休息法》。

　　聯絡信箱：esmeyeh@gmail.com，歡迎各方賜教。
 

第一章 黑洞是什麼？（摘錄）

黑洞是太空中重力極強的區域，任何粒子運動的速度再快，也無法快到從黑洞的內部向外逃逸，就連光也不行。起初，黑洞只是理論物理學家馳騁想像力的產物，但時至今日，宇宙中證實存在的黑洞已有數百個，推論存在的則高達數百萬個。黑洞會與周圍環境交互作用並造成影響，我們看不見這些天體，但仍能清楚探測到這些交互作用，而這些交互作用會有什麼特性，則端看它們發生的地點與黑洞相距有多遠：距離太近就無法逃逸，距離一拉開，又會發生某些壯觀而劇烈的現象。

一九六四年，安．尤因（Ann Ewing）在一篇報導一九六三年德州研討會的文章中，首次提到「黑洞」這個詞，卻沒說明這個詞是誰發想出來的。一九六七年，美國物理學家約翰．惠勒（John Wheeler）想用更簡單的說法來描述「重力完全塌縮的恆星」，才開始推廣「黑洞」一詞。不過，早在一九三九年，另外兩位美國物理學家勞伯．歐本海默（Robert Oppenheimer）與哈蘭．史奈德（Hartland Snyder），就發展出「塌縮星」的概念。如果再追溯下去，最早其實是在一九一五年，當德國物理學家卡爾．史瓦西（Karl Schwarzschild）以太空中不旋轉的孤立球體為例，初步解開愛因斯坦場方程式（即廣義相對論的重力場方程式組），就已經為近代物理學描述的黑洞奠定數學基礎。

二十年後，印度物理學家蘇柏曼揚．錢卓斯卡（Subrahmanyan Chandrasekhar）搶先一步在英國發表論文，比歐本海默與史奈德更早開始探討恆星衰亡過程的現象。後來亞瑟．艾丁頓爵士（Sir Arthur Eddington）審查錢卓斯卡的論文，也成功導出部分關於黑洞的數學式，而這項運算結果的物理意義，就是大質量恆星耗盡燃料後會塌縮成黑洞。然而一九三五年，艾丁頓爵士自己在倫敦皇家天文學會（Royal Astronomical Society）會議上，卻將這項發現斥為「荒謬」。儘管這個想法看似荒謬，但事實上，黑洞在銀河系乃至整個宇宙中都是不容忽視的物理現實。

到了一九五八年，戴維．芬克斯坦（David Finkelstein）在美國更進一步推論，黑洞最外圍有一層單向膜。這項推論在當時廣受認可，也是本書後續章節討論的重點。一旦跨入這層最外圍的單向膜區，黑洞內部的重力拉力就會強到連光也逃不掉，這正是黑洞之所以為「黑」的原因。要了解這一類黑洞行為可能的成因，就要先知道，物理世界具有一項發人深省的特徵：任何粒子或物體的運動速度都有其上限。