具体描述
1，喜馬拉雅FM、蜻蜓FM、網易雲熱門主播——科學聲音組織成員：科學有故事@汪潔 科學史評話@吳京平，一段堪比好萊塢大片的科學史話，一個神奇的物理世界。跟隨作者，你將進入浩瀚的宇宙，去體會一種由科學帶來的震撼。
2，《時間的形狀：相對論史話》，從理論的角度，展現科學之美、物理之美，黑洞、蟲洞、引力波、時間旅行、宇宙起點…… 當種種匪夷所思的物理學知識和你迎麵相遇，你的世界再也不是原來的那個世界。
3，《柔軟的宇宙：相對論外傳》，從科學傢的角度，展現人類智慧之美。拉普拉斯、愛因斯坦、朗之萬、霍金……一個個光輝閃耀的名字，當揭開神秘麵紗和閃耀光環，你會發現，科學傢並非生活在真空中，每一個科學發現都和時代背景密切相關。當一次次命運的轉摺點來臨，他們也和普通人一樣，麵對諸多顛沛流離和人生睏惑。當一次次科學發現被揭開，是那麼的反復麯摺曆程坎坷。
4，這兩本書互相補充、互相解釋，從兩個不同的角度展現瞭科學之美、物理之美、相對論這一偉大理論之美。
內容簡介《時間的形狀：相對論史話》：這是一本很有趣的科普書。跟隨作者，你可以進入愛因斯坦的夢境，坐在牛頓老師的課堂，來到星光實驗的現場……*近距離接觸科學的真相。本書上部（前五章）和大傢一起迴顧物理學走過的坎坷曆史，這段曆史的精彩程度不亞於任何一段戰爭史。在伽利略、牛頓等紛紛謝幕之後，超級愛因斯坦閃亮登場。他就像一位橫空齣世的大俠，無門無派，但齣手即震驚天下，他的絕招就是“相對論”。*後四章是本書的下部，下部比上部更精彩，結構更宏大，故事更神奇，真相更驚人。在下部中，作者細緻地剖析時空的真相，帶你領略神奇的四維時空奇景，瞭解整個宇宙的圖景，再迴到原子的深處見識不可思議的微觀世界，*後看一看當下物理學的*進展——萬物理論。
《柔軟的宇宙：相對論外傳》：這是一段跨越兩百年的科學探索史，從拿破侖時代一直到二十一世紀，講述瞭相對論的誕生以及在相對論的思想下發展起來的一係列學科。在吳京平老師風趣幽默的敘述中，在一步一步瞭解“柔軟的宇宙”和“彎麯時空”的奇妙過程中，我們有幸與大師相伴而行。
人類從天圓地方的世界中心觀，到認識到我們不過是宇宙中的一粒微塵，這中間，經曆瞭怎樣的坎坷曆程？大爆炸宇宙學、黑洞、蟲洞、引力波這些匪夷所思的物理學知識，是如何一步步發展並被驗證的？牛頓、愛因斯坦、朗之萬、霍金，這些天纔的大腦，是如何一步步發現駕馭宇宙的基本力量，苦苦尋找人類社會未來答案的？在這本書中，所有你意料之中和意料之外的認知，都會以一個全新的方式呈現。看完這本書，你會發現，人類的科學認知探索曆程，是一個讓人“三觀盡毀”、腦洞大開的曆程。你的世界，將因這本書而顛覆。
顯示部分信息作者簡介汪潔，科普作傢，文津圖書奬得主。科學聲音組織成員，兼任中科院上海天文颱“天之文係列科普講壇” 講者，上海天文博物館首席誌願者講解員，浙江省科技館“科學脫口秀”講者，“萬有青年大燴”講者，喜馬拉雅、蜻蜓、網易等電颱熱門主播，受眾無數，主播的專輯《星空的琴弦》《科幻世界漫遊指南》《時間的形狀》《尋找外星人的科學》等廣受歡迎。
吳京平，北京人，生於軍工科研大院，玩著天文望遠鏡聽著相聲評書長大，做過廣告公司的美術總監，乾過資深人機交互設計師，現為專職科普作傢，全國首檔科學秀主播，科學聲音組織成員。在中國科技館、上海天文館等全國各科技館舉行的講座極受歡迎。在喜瑪拉雅、蜻蜓、網易雲音樂等以“科學史評話”為名開播專輯《行星傳奇》《地球的刻度》《物種起源》《量子力學外傳》《偉大的試驗》《宇宙大爆炸》等，單輯收聽量均在百萬以上。目 錄《時間的形狀》目錄
序／001
前言／003
章 不得不說的廢話
關於相對論的謠言粉碎機／002
你必須瞭解的四個概念／003
第二章 伽利略和牛頓的世界
相對性原理／010
伽利略變換式／016
史上牛煉金術士牛頓／021
牛頓的絕對運動觀／023
牛頓水桶實驗中的絕對時空觀／026
第三章 光的速度
伽利略吹響衝鋒號／032
光速測量大賽／035
驚人的發現／038
科學史上成功的失敗／041
第四章 愛因斯坦和狹義相對論
兩朵烏雲／048
登場／050
個原理：光速不變／052
第二個原理：物理規律不變／055
環球快車謀殺案／058
同時性的相對性／065
時間會膨脹／068
空間會收縮 ／079
速度閤成／083
質速神劍／086
光速極限／089
質能奇跡／092
四個搞腦子問題／095
第五章 廣義相對論的宇宙
愛因斯坦的不滿／100
生死重量／103
等效原理／110
太空大圓盤／114
時空彎麯／121
引力的本質／125
水星軌道之謎／131
星光實驗／133
沒見過這麼黑的洞／137
從黑洞到蟲洞／143
壓軸大戲／145
第六章 時空那點事
時空中的運動／152
四維時空／157
時間旅行／158
星際殖民／167
星際貿易／173
第七章 再談四維時空
宇宙時空的圖景／178
神奇的四維／189
第八章 上帝的判決
上帝玩不玩骰子？／200
美劇《生活大爆炸》／201
要命的雙縫／202
玻爾的上帝／208
EPR實驗／214
宇宙大法官／216
上帝的判決／219
萬物理論／223
第九章 宇宙是一首交響樂
萬物皆空唯有音樂／226
擊碎原子／228
宇宙中的四種“力”／235
超弦理論／237
偉大的設計／240
《柔軟的宇宙》目錄
第1章 見證奇跡的時刻／004
第2章 以太？／016
第3章 一代宗師／025
第4章 電氣時代／037
第5章 收縮假設／045
第6章 兩朵烏雲／055
第7章 物理學的奇跡年／064
第8章 雙生子佯謬／078
第9章 第五公設／090
第10章 彎麯的時空／102
第11章 宇宙常數／113
第12章 開天眼／122
第13章 核火球／140
第14章 大耳朵的發現／155
第15章 黑洞不黑／168
第16章 星際穿越／180
第17章 暴脹／191
第18章 玩自爆的小偷／202
第19章 黑暗的心／213
第20章 時空漣漪／222
第21章 時間去哪兒瞭／233family:宋體;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:"Times New Roman"'>神奇的四維／189顯示部分信息前 言我希望這是一本很有趣的書。我認為這本書與傳統科普書大的差彆在於，它更像是一本茶餘飯後的休閑書，或是一本有點意思的小說。在這本書裏，你會看到很多天馬行空般的小故事。牛頓帶著 Tom和 Jerry 來到一個大水桶裏麵，觀看神奇的水麵凹陷；愛因斯坦化身大警長，先是調查瞭一起環球快車謀殺案，然後又要奔赴雲霄電梯處理可怕的超級炸彈，後又在太空中建造瞭一個超級大圓盤以展示他那神奇的時空觀。雖然這一切看上去不像是正經八百的科普，但我可以很負責任地說，故事裏包含的都是些很靠譜的科學真相。很多科學真相用“不可思議”來形容是一點都不過分的，你平常之所以感受不到物理學的神奇，那是因為沒有人告訴你很多看似普通的物理現象背後的故事。現在的高中生都會在實驗室做一個觀察光的雙縫乾涉圖像的實驗，這是一個普通得不能再普通的高中光學實驗，可是卻沒有人告訴他們這個實驗背後隱藏著的驚天大秘密，這個秘密足以撼動以愛因斯坦為代錶的一代科學傢苦苦建立起來的物理學信仰。一個簡單的光學實驗，如果你瞭解瞭它藏在深處的本質，會驚訝地發現：這個世界不再是我們頭腦中原來的那個世界瞭，我們頭腦中很多樸素的哲學觀念，例如物質決定意識、原因決定結果等等，都將受到空前猛烈的衝擊。而且，我確確實實是在講科學，不是在講神學或者宣揚神秘主義。
我的這本書大緻可分為上下兩部分。前五章和大傢一起迴顧物理學走過的四百多年坎坷曆程，這段曆史中的懸念，其精彩程度不亞於任何一段戰爭史，因為物理學的發展本身就是一部精彩的好萊塢懸疑大片。在伽利略、牛頓等紛紛謝幕之後，我們的超級愛因斯坦閃亮登場，而他成為我們的主角的時候不過 26 歲。他就像是一個橫空齣世的大俠，無門無派，但是一齣手就讓天下震驚，他的絕招就是“相對論”。後四章是本書的下部，故事更神奇，真相更驚人。在下部中，我將幫你細緻地剖析時空真相，帶你領略神奇的四維時空奇景。我們先一起去瞭解整個宇宙時間光錐的圖景，再迴到原子的深處見識一下不可思議的微觀世界，後看一看當下物理學的新進展—萬物理論。你隻要隨便記住其中的一兩段，就能讓你在平時和朋友們的吃飯聊天中大放異彩，隻是要當心彆聊得興起忘瞭吃菜，不要發生總是發生在筆者身上的悲劇：話講完瞭，菜也被彆人吃光瞭。
看完這本書，也許你對這個世界的看法會大大改觀。潮起潮落，鬥轉星移，這些平常司空見慣的大自然現象在你眼裏會突然産生完全不一樣的意義。當你晚上抬頭仰望星空，看著夜空中的皓月星辰，宇宙在你眼裏將會換一番景象，過去的宇宙觀一去不復返，一個嶄新的宇宙觀將在你的頭腦中建立起來。
自小到大，你可能一直會有這樣的疑問：
時間到底是什麼東西？
我們能跨越未來嗎？
我們能迴到過去嗎？
光到底是什麼東西？
宇宙到底長什麼樣？有大小嗎？有生死嗎？
我們能像星際迷航一樣穿梭在銀河係嗎？
這個世界的物質到底是由什麼構成的？
物質可以無限分割嗎？
……
這些令人不可思議的問題，科學傢到底是如何找到答案的？
看完這本書，或許你將對以上這些問題不再感到疑惑，說不定，你還可以很自信地為你的親朋好友解答他們心中同樣的疑惑。
所有這一切，都要從愛因斯坦發現的相對論開始講起。這的的確確是一個偉大的理論，這是 20 世紀人類對這個宇宙秘密深刻的一次發現。你可能還是在茫然地看著我：“我聽說過相對論，可是它跟我們的日常生活有關係嗎？”
當然是有關係的。比如，GPS 導航係統現在已經是一個常用設備，我估計很多讀者都有一個車載的，或者手機裏麵就有一個。知道嗎？如果沒有相對論，那麼這玩意可就會齣大問題。因為根據相對論，衛星上的時鍾會比地麵上的時鍾走得快，每天大約快 38 微秒（0.000038 秒）。這個時鍾的快慢並不是因為計時器精度不夠造成的，而是因為衛星上的時間真的變快瞭。你設想一下，如果人類沒有掌握相對論的知識，那麼就不會知道發射到天上的衛星哪怕用再精確的計時工具計時，也不可能消除這個誤差。你韆萬不要小看這似乎微不足道的 38 微秒，如果不校正的話，那麼 GPS 導航係統每天積纍的誤差將超過10 韆米（當然這個誤差是垂直方嚮上的，不是水平方嚮上的），如果美軍用這個來導航導彈的話，那麻煩可就大瞭。因此在 GPS 衛星發射前，要先把其時鍾的走動頻率調慢 100 億分之 4.465 ，把 10.23 兆赫調為 10.22999999543 兆赫，這些數字全靠相對論纔能精確地計算齣來。
“神奇！”你大概會驚呼一聲，“相對論原來就是這個啊。 ”哦不，這並不代錶相對論，衛星上的時間變快隻不過是相對論無數推論中的一個，我們通過相對論可以精確地計算齣衛星上時鍾和地麵上時鍾的誤差到底是多少。相對論還有很多很多推論，小到推測水星的運行軌道、發生日全食時星星的位置，大到可以推演太陽的過去與未來，甚至宇宙的過去與未來。
“神奇！”你再次驚呼一聲，“不過你越說越玄乎瞭，我還是有點不信。你先彆說得那麼遠，你前麵說啥來著？時間本身變慢瞭？這個太讓我難以理解瞭。在我眼裏時間本身是勻速流逝的，我們感受的所謂快慢無非是我們自己的感覺在變化，即便是你的錶和我的錶走時不準那也不是時間本身不準，而是我們的手錶精度不夠造成的。中午 12點整開飯，對任何
人來說都是 12 點整開飯，這是一個客觀事實，不會因為我們用的是一塊真的勞力士還是一塊山寨勞力士而改變。”坦誠地說，我非常理解你的這種想法，並且我還要恭喜你，你的這個思想和偉大的牛頓是一模一樣的。但非常遺憾，這個想法錯瞭，真的錯瞭。
相對論是研究時間、空間、運動這三者關係的理論體係的總稱，它是這一百多年來人類偉大的兩個理論之一，諾貝爾物理學奬是不足以來評價相對論的偉大的。如果上帝真的存在，那麼過去他說：“人類一思考，上帝就發笑。”相對論之後，他改口瞭：“人類一思考，上帝就發慌。”
我們對相對論的誤解實在是太多瞭。大多數人都覺得相對論很神秘、很深奧，是大科學傢纔能理解的東西。這種誤解來源於一個廣為流傳的關於相對論有多難懂的故事，說的是一個記者問天文學傢愛丁頓：“聽說全世界總共隻有三個人能懂愛因斯坦的相對論，您是其中之一，是不是這樣？”愛丁頓一時沉默瞭，正當記者以為愛丁頓要反駁的時候，沒想到愛丁頓說：“我在想另外兩個人是誰。 ”我估計當時這個記者就震驚瞭。不管這個故事是真是假，總之給我們的一個印象就是相對論很難懂。但是大傢韆萬不要忘瞭，這個故事發生在一百多年前的1906年，那時候相對論剛剛被愛因斯坦用嚴謹的數學語言描述齣來，對那個時代的人來說確實是很難理解的。不要說相對論瞭，你想象一下如果你迴到乾隆年間，對大知識分子紀曉嵐說隨便找一個三角形的東西，把三隻角割下來拼在一起，不多不少，總是恰好能拼齣直直的一條邊。
【圖0-1】把三角形的石桌的三個角割下來拼在一起，必定可以得到一條直邊
鐵齒銅牙的紀曉嵐一開始肯定不信你，當他真的去找一些三角形的物件來驗證，發現完全正確，即便是我們的大知識分子紀曉嵐也會錶示很神奇。但要是在現代，隨便找一個初中生都能給你證明三角形的內角和是180度，他會告訴你這是一個很簡單的幾何常識。
同樣，相對論的一些基本原理和概念對我們現代人來說，也一點都不高深，不神秘，很好懂，關鍵在於你是不是願意聽我娓娓道來。
在正式開始我的敘述之前，我很想把我剛剛在網上看到的一則新聞講給大傢聽。當然，你也可以直接跳過這部分從章開始看起，並不會影響你對本書的理解。
搜狐新聞報道：
今年60歲的黃其德是寜鄉縣金洲鄉箭樓村一名地道的農民。這位隻有高中學曆的農民，在對愛因斯坦的相對論進行瞭二十多年的獨立研究後，對這一著名理論産生瞭質疑和挑戰，並做齣瞭近30萬字的論述，引起瞭有關專傢學者的關注。
“世界文明的異化和倒退，人類社會倫理的墮落，雖然不能說完全是相對論的責任，但也是重要的原因之一。”在研討會上錶達對愛因斯坦相對論學說的深惡痛絕時，60歲的農民黃其德錶情嚴肅，一字一頓。
黃伯伯在他的《愛因斯坦相對論在科學和哲學上對人類思維的扭麯》一文中寫道：“我做過粗略的調查：理科大學生知道相對論的，100個人中不到1個，約占 0.3%，而認定相對論無比深邃高明的卻占99.5%；理科大學教授中知道相對論的不到2%，也幾乎都認可並崇奉相對論；社會上一般知識分子中知道相對論的約占百萬分之一，幾乎無不崇奉相對論！這個數據說明瞭什麼？首先說明地球人類崇奉相對論是由虛榮心支配著的極端盲目的效應。”
※他還寫道：“我保證，隻要有高中學曆，都可以大緻聽懂我的論文，並取得評論相對論的有把握發言權。認識到愛因斯坦相對論是一個僞科學大騙局。”
前言結束之前，讓我藉黃伯伯的文風寫下：
我保證，隻要有高中學曆，都可以大緻看懂本書，並取得評論黃伯伯奇文的有把握的發言權，認識到愛因斯坦的相對論足以讓上帝對渺小的人類産生敬畏。作為人類的一分子，我以此感到深深的自豪！
《柔軟的宇宙》後記
與大師為伴
這本書講述瞭一段跨越兩百年的物理學史，這是一個讓人“三觀盡毀”、腦洞大開的探索曆程。
在一步一步瞭解“柔軟的宇宙”和“彎麯時空”的奇妙過程中，我們有幸與大師相伴而行。對這段曆程，我有自己偏愛的觀察角度。個角度是——科學傢並非生活在真空中，偉大的發現不是科學傢們開腦洞開齣來的，每個科學發現都要放到曆史大背景中去審視。比如熱力學的發展與蒸汽機大規模應用關係密切，電磁學與第二次工業革命以及電氣時代的到來密不可分。
1879愛因斯坦齣生在德國小城烏爾姆，同年，電學宗師麥剋斯韋在英國去世，時間上的巧閤頗有點交接班的意味。麥剋斯韋去世前一天，美國的愛迪生遞交瞭實用燈泡的專利申請，愛因斯坦的父親也將與燈泡結下不解之緣。你感覺到瞭嗎？曆史總是把韆般綫索巧妙安排。
至於第二個角度，那就是——科學傢也是人，他們也有七情六欲，也有喜怒哀樂，也有錯綜復雜的人際關係。有人的地方就有江湖，這話說得一點兒不假。你能想到嗎？愛因斯坦上大學時經常翹課，而且他是奉子成婚。請不要責怪我太過八卦。他們與我們一樣，是活生生的普通人。當世界大戰來臨之時，他們是各為其主呢？還是捍衛人類的良知與底綫呢？科學傢們展現齣瞭與豐富的人性側麵。
瞭解科學知識固然很重要，但這些科學傢群體或許更值得我們關注。有人早已故去，有人遠在萬裏之外。雖然他們與我們不在同一個時空，但我們讀他們的故事，不就相當於穿越時空，與他們為伴嗎？能與大師為伴，是多過癮的事兒啊！
什麼是科學？
“科學”二字本是名詞，字麵原意就是“分科之學”。在我國，科學經常被當做形容詞使用。人們總是說，“XXX不科學”，這時候“科學”已經成瞭正確與優化的代名詞，但是人們對於科學本身的含義卻未必清楚。到底什麼纔是科學呢？人們往往會把自己認為正確的觀點統統成為“科學”。這時的科學，就是狹義的科學。
凡是能被科學討論的，必須是可以測量的。伽利略做斜麵滾落實驗，連續測量瞭上韆次之多，比薩斜塔上的自由落體實驗更是個廣為流傳的科學故事。盡管伽利略做沒做過這個實驗現在存疑，是不是在比薩斜塔做的也存疑。至少是在伽利略他們這一代人手裏，科學從哲學中分離齣來，後逐步發展成瞭現代科學體係。
為什麼要讀科學史
科學史從某種程度上說就是人類的“認知史”。我們一開始是怎麼看待這個事物的，是什麼原因造成瞭對這個事物的重新認識，人類的知識是如何一點點纍進的，都可以通過科學史得到瞭解。人類的認知曆程是個非常麯摺而又充滿懸念的過程，聽過我音頻廣播的朋友恐怕會記得我常說的一句話，叫做“按下葫蘆起瞭瓢”。科學發現的曆程就是如此，老問題解決瞭，新問題又冒齣來瞭，既有山重水復疑無路，也有柳暗花明又一村。真如破案一般需要層層抽絲剝繭，考驗的是人類的耐心和洞見。就在不斷解決問題的過程中，人類一步步嚮前發展，社會也在一點一滴進步。
人類的曆程就像無盡的遠徵，研讀一段曆史就好比偶爾迴過頭去，看看身後那一串長長的腳印。已經走瞭這麼遠瞭！原來走瞭好多彎路啊！我們不由得生齣感慨。是啊，我們走瞭這麼遠瞭，但前頭的路還長著呢……
顯示部分信息在綫試讀部分章節第14章 大耳朵的發現
黑洞夠不夠黑，這的確是個問題！令大傢大跌眼鏡的是，這個黑洞居然會輻射粒子。讓我們迴到上世紀六十年代來迴望一下那段腦洞大開的研究史吧！
因為微波背景輻射被找到瞭，這是很明顯的證據。伽莫夫他們提齣的大爆炸學說現在已經在風頭上壓過瞭穩恒態宇宙模型，但是霍伊爾還是不相信這個理論的，一度曾經有所動搖，但他後來又反水瞭，提齣瞭新的穩恒態模型。不過大傢對他的理論已經普遍興趣不大瞭，當年那個崇拜他的超級粉絲霍金（圖14-9）也已經長大成人。他打算報考霍伊爾的研究生，但是很遺憾，霍伊爾的學生太多，就把霍金調劑給瞭另外一位老師丹尼斯·夏瑪。霍金這孩子很聰明，十七歲考進瞭牛津大學，還當上瞭賽艇隊的舵手，是個風華正茂，纔智齣眾的年輕人。可是，在牛津的後一年裏，他開始變得笨拙，時常摔跤，人們注意到，這個學生身體齣現瞭問題。
在考入劍橋大學之後，他的身體越來越差，講話開始含混不清。父母帶他去做瞭檢查，他得瞭“肌萎縮性脊髓側索硬化癥”，俗稱“漸凍人”，醫生預言他活不過兩年。但是，他還是挺過來瞭，盡管他的生活空間越來越小，身體能活動的部分越來越少，後期他全身幾乎都不能動彈，但是這不妨礙他的大腦已經在思考那深邃遙遠的宇宙盡頭。這就是他的使命，不是嗎？
還好，他沒有成為霍伊爾的研究生，霍伊爾常年在外，在校園之內停留的時間都不多。很難說會有多大精力去帶學生，畢竟人傢事務繁忙。夏瑪老師則不同，他能實實在在地在學校裏麵好好培養嗬護自己的學生，特彆是霍金這樣身有殘障的年輕人。老師雖然自己還是偏嚮穩恒態宇宙，但是他鼓勵霍金有自己的想法。夏瑪是狄拉剋的學生，說起來，狄拉剋是霍金的師爺，也正擁有著名聲大的教職—劍橋大學盧卡斯數學講座教授。當初牛頓也擔任過這個教職，還是國王親批的。若乾年後，霍金也將擔任這個教職，一乾就是幾十年……
在劍橋上學期間，夏瑪老師時常帶著學生們外齣聽講座，結識各個領域的專傢學者，霍金撐著不便的身體也跟著一起去。有一次碰到兒時的偶像霍伊爾講學，霍金發現一個錯誤，不依不饒地大喊：“那個量是發散的！”，鬧得霍伊爾下不來颱。偶像又怎樣呢？吾愛吾師，吾更愛真理！
夏瑪老師的一大功勞便是把彭羅斯（圖14-10）拉來入夥，從數學領域跳過來研究相對論和宇宙學。早在二十世紀五十年代，夏瑪老師在餐館裏碰上瞭彭羅斯，彭羅斯就顯示齣瞭非凡的天分。後來彭羅斯和霍金也成瞭很好的朋友，在夏瑪老師的帶領下研究廣義相對論。彭羅斯比霍金大瞭十一歲，大約就是李白與杜甫的年齡差距。彭羅斯本行是數學傢，在拓撲學領域有很深的功底，他把拓撲學引入瞭廣義相對論的研究。美國的物理學傢對拓撲學並不重視，蘇聯人也不重視。郎道是蘇聯物理學界的學霸，他的入學考試號稱叫“郎道勢壘”，難度簡直變態，能考進去的都是人尖。但是郎道不考拓撲學，因此另闢蹊徑的任務就落到瞭英國人身上。法國人乾什麼去瞭？天知道！
這個拓撲學又是個什麼學科呢？大傢都玩過七巧闆或者是拼圖嗎？理論上講，這也算是拓撲學。拓撲學關注位置關係，不關心大小。曾經有個笑話，有個老闆想造一個動物園，這就需要去抓很多動物，然後把動物關在籠子裏。這需要一大筆錢，老闆就問各位專傢，有沒有省點錢的辦法。大傢麵麵相覷，後有個拓撲學傢發言瞭，他說不用去抓野生動物，動物已經被抓住瞭。你想啊，一般的動物園都是動物們關在籠子裏，人在外邊看，現在我們把空間關係翻轉過來：把人放在籠子裏，動物放在外邊，這不是一樣的效果嘛！老闆大受啓發，於是世界上個野生動物園誕生瞭。果然是把人關在籠子裏，動物在外邊自由自在地溜達。
故事當然是當個段子來聽，但拓撲學的思維告訴你空間的位置關係是個很深奧的東西，特彆是高維空間內的拓撲結構。數學上著名的“梅比烏斯帶”和“剋萊因瓶”，倒是給人比較直觀的感受。
梅比烏斯帶（圖14-11）是個彎麯的二維麵，在三維空間裏麵反扭瞭一下。這是一個沒有正反麵的二維空間，純粹隻有一個麵。你拿一支筆來塗顔色的話，可以不抬筆全部塗滿。我們假想有一種二維的小人，生活在這種二維空間之內。他就會發現，當他轉一圈返迴齣發點的時候，居然成瞭原來的鏡像，完全顛倒過來瞭，不過不要緊，他再跑一圈就正過來瞭。感受到拓撲學的魅力瞭吧！
剋萊因瓶（圖14-12）是另外一種情況：這是一個有限無邊的麵，但是它也隻有一個麵。因為剋萊因瓶是三維的，要想實現隻有一個麵，必須有第四個維度來幫忙，就如同梅比烏斯帶一樣。二維空間，要想實現隻有一個麵，就必須在第三個維度裏麵反扭一下。我們平時生活在三維空間裏，感受不到第四個維度。因此你隻能想象一下，剋萊因瓶下麵那個交叉的地方其實並不交叉，因為，瓶子尾巴是通過另外的維度接上瓶口的，這需要強大的腦補能力，暫時就彆瞎想瞭，拓撲學匪夷所思的地方還多著呢。
愛因斯坦的廣義相對論在戰後已經成為瞭物理學傢們必須要瞭解的一門學問，不像戰前，瞭解的人並不多。但是對於奇點，大傢意見並不統一，一個質量夠大的恒星真的能夠一步步塌縮成為一個點嗎？這個點究竟是怎麼樣的一種存在？那個早在次世界大戰的戰壕裏被計算齣來的史瓦西解就可以描述一個簡單的一種黑洞，這個黑洞是個靜態球對稱，而且不鏇轉不帶電的黑洞。不久以後，帶電的RN黑洞也被計算齣來瞭。相對來講，帶電的RN黑洞隻比史瓦西黑洞復雜瞭一點兒。到瞭60年代初，隨著對大爆炸以及恒星塌縮過程的研究。奇點問題已經繞不過去瞭。究竟在塌縮的恒星之中，能不能生成奇點呢？大傢眾說紛紜。
蘇聯科學界相對來講比較封閉。他們與西方的學術交流還是有的，但是顯然沒那麼通暢，甚至名稱術語都不統一：西方叫“塌縮星”，蘇聯人叫“冷凍星”。倒是美國的惠勒（圖14-13）在一次報告上用瞭“黑洞”這個詞匯。大傢都覺得這個詞不錯，很傳神地描述瞭這一類天體的特徵，於是黑洞就成瞭標準的稱呼。惠勒的人生跨度很長，三十年代他與玻爾一起工作過，後來在普林斯頓又與愛因斯坦成為同事。麥卡锡橫行之時，泰勒要去非美委員會作證，對奧本海默不利，惠勒連夜苦勸無效，氫彈之父告發瞭原子彈之父，這是科學史上的悲劇。
惠勒後來一直活到瞭北京奧運會前夕，是哥本哈根時代僅存的大師。他一輩子培養齣不少的好學生，比如研究蟲洞和引力波的基普·索恩，提齣黑洞熵的貝肯斯坦都是他的學生，我們在後文都會提到他們。
彭羅斯進入相對論領域，首先就證明瞭奇點的問題。彭羅斯用數學證明，奇點必定會齣現，特彆是黑洞裏。這一套數學證明的過程用到瞭拓撲學，後來霍金把這個結論推廣到瞭宇宙起始的那一刻，宇宙的開端必定有奇點。夏瑪老師和彭羅斯以及霍金他們一夥人把劍橋變成瞭歐洲黑洞研究的老巢。
蘇聯人對外交流不算多，偶爾也來一趟，哈拉尼科夫做瞭個報告，栗弗席茲在傢坐鎮沒來。他們認為黑洞裏麵的奇點並不穩定，在擾動之下可能有問題。當場有人提齣瞭彭羅斯的理論，蘇聯人大驚失色，他們沒聽說過有這種理論。更加令人可怕的是他們對拓撲學不熟悉，彭羅斯的玩意看不懂。照理說，蘇聯人擔心也並不是沒道理，天體並不是完美的對稱形狀，同時下落匯聚的時候，能不能準確地同時匯聚到一個點上呢？萬一對歪瞭沒打中呢？萬一時間對不上，彼此錯過瞭呢？這是很正常的想法。
蘇聯的澤爾多維奇（圖14-14）他們一幫子人當年是搞核彈的，原子彈爆炸也遇到類似問題。核裝藥是分解成好多塊擺在個球麵上，周圍全是炸藥。炸藥要極其精確地同時起爆，各個核裝藥塊在爆炸的推擠下，要在韆分之一毫秒的時間裏齊刷刷地撞到一起，同時中子源點火，時間上不能彼此錯過，空間上不能對歪一絲一毫，核彈纔能順利起爆，做不到就隻能放個啞炮。原子彈原理講起來並不復雜，真要做到那可是韆難萬難。蘇聯人把核彈計算上用的思路移植到瞭黑洞塌縮上。當然啦，原子彈去引燃氫彈的過程也是類似的，黑洞計算上也可以藉鑒，澤爾多維奇就是蘇聯研製氫彈的功臣之一，這種辦法很可靠，而且大傢也都信得過。好多物理學傢懷疑彭羅斯他們，惠勒倒是偏嚮彭羅斯。要是奇點還要考慮量子效應，那又是一個頭兩個大。
彭羅斯他們沒工夫管這些事情，和霍金幾個人開始發展這套分析方法，很快，就成瞭一個非常厲害的體係。他們提齣瞭新的奇點定理，一幫物理學傢不得不惡補拓撲學的知識。這種情形在曆史上也不是次齣現瞭，當年他們也是惡補微分幾何、惡補矩陣，現在開始惡補拓撲學。數學傢動動嘴，物理學傢跑斷腿啊！
後來，索恩和霍金幾個人去瞭蘇聯，見瞭見蘇聯的朋友們。栗弗席茲（圖片14-15）倒是痛痛快快地承認瞭錯誤。反正栗弗席茲很坦誠，他們用傳統方法也算齣瞭一個可以穩定存在的奇點，大傢殊途同歸。傳統方式能算齣更加豐富的信息，拓撲學隻能告訴你有奇點，卻不能告訴你彆的。
奇點的問題告一段落，視界麵還有問題。天體並不是完全對稱的，萬一是個歪瓜裂棗的形狀，塌縮過程裏能不能形成個完美的球形的視界麵呢？蘇聯的澤爾多維奇小組得齣來的結果是—“天空飄來五個字，這都不是事”，略微有些起伏沒關係。在塌縮的過程裏，這些不完美的地方會變成引力波輻射齣去，後變成完美的對稱形狀。蘇聯人一宣讀結論，西方人就感到震驚，看來鐵幕那一邊的人還是很有實力的。澤爾多維奇是研究核彈齣身，後來纔轉行來摺騰黑洞的。計算黑洞的塌縮過程，把氫彈計算上要用到的那些壓力、激波、高溫、核反應、輻射全都用上瞭。
夏瑪老師經常派學生去參加各種各樣的學術會議，有時候是霍金去，有時候是彆人。這一次去的是埃利斯，迴來以後兩眼放光，講座上愛爾蘭的伊斯雷爾提到他算齣來的結果：哪怕天體是方的，塌縮成黑洞也會得到一個完美球對稱的形狀。
電荷與角動量不會變成引力波輻射齣去，因此不會被抹平，這兩個信息是丟不掉的。黑洞就隻剩下三個信息：鏇轉、電荷、質量。任何一個黑洞，有這三個信息你就能描述瞭，這是一個非常毀三觀的結論。普通人一定會問：吸進去的物質都哪裏去瞭？其實這不奇怪，我們平時生活裏見到的物體總可以獲得許多的信息，一塊蛋糕你可以掂量掂量有多重，也可以咬一口看看軟硬，還可以嘗嘗是甜的還是鹹的。總之，一塊蛋糕包含瞭非常豐富的信息。我們都是通過這些信息來理解特定事物的，信息越是豐富，我們就越是覺得這個東西實在，相反就不太能接受信息越來越少的情況。氣體的信息就少多瞭，沒有形狀，也不一定有味道，很可能沒有顔色，瞭解空氣隻能通過流動時産生的風和氣壓。麵對黑洞，我們很不安，物質掉進黑洞裏，我們熟悉的那些信息統統感受不到瞭。對此，我們的腦子很難接受。大傢總是腦補，物質一定囤積在黑洞的內部。人總是違拗不過直覺，可物理偏偏又是反直覺的，大跌眼鏡已經是傢常便飯瞭。
搞廣義相對論的科學傢們對此並不在意，奇葩的東西見怪不怪。惠勒充分體現瞭他為老不尊的一麵，他把黑洞信息理論稱為“黑洞無毛定理”（這個詞在西方含有XXX的意味），物理學傢們廣泛接受瞭這個稱呼，伊斯雷爾在自己論文裏麵毫不猶豫地就寫上瞭“黑洞無毛定理”。倒是雜誌的編輯們受不瞭瞭，你們這幫子物理學傢為什麼都這麼“汙”！《物理評論》的老編輯們拒絕刊登這種含有汙言穢語的文章，但後還是胳膊擰不過大腿，大批的物理學傢們用得不亦樂乎，編輯們也不得不接受瞭這個詞。這個詞翻成中文倒是看不齣什麼，有人還稱為“三毛定理”，倒也是蠻貼切的。
惠勒一嚮很頑皮，他七十歲生日的時候，正好參加學術會議。他發現沒人記得今日是他的七十大壽，一份禮物都沒收到。於是就在彆人的椅子腿後麵綁瞭鞭炮，一聲轟響，現場亂作一團……
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