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| 編輯推薦： |
1，喜马拉雅FM、蜻蜓FM、网易云热门主播科学声音组织成员：科学有故事@汪洁 科学史评话@吴京平，一段堪比好莱坞大片的科学史话，一个神奇的物理世界。跟随作者，你将进入浩瀚的宇宙，去体会一种由科学带来的震撼。
2，《时间的形状：相对论史话》，从理论的角度，展现科学之美、物理之美，黑洞、虫洞、引力波、时间旅行、宇宙起点 当种种匪夷所思的物理学知识和你迎面相遇，你的世界再也不是原来的那个世界。
3，《柔软的宇宙：相对论外传》，从科学家的角度，展现人类智慧之美。拉普拉斯、爱因斯坦、朗之万、霍金一个个光辉闪耀的名字，当揭开神秘面纱和闪耀光环，你会发现，科学家并非生活在真空中，每一个科学发现都和时代背景密切相关。当一次次命运的转折点来临，他们也和普通人一样，面对诸多颠沛流离和人生困惑。当一次次科学发现被揭开，是那么的反复曲折历程坎坷。
4，这两本书互相补充、互相解释，从两个不同的角度展现了科学之美、物理之美、相对论这一伟大理论之美。
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| 內容簡介： |
《时间的形状：相对论史话》：这是一本很有趣的科普书。跟随作者，你可以进入爱因斯坦的梦境，坐在牛顿老师的课堂，来到星光实验的现场*近距离接触科学的真相。本书上部（前五章）和大家一起回顾物理学走过的坎坷历史，这段历史的精彩程度不亚于任何一段战争史。在伽利略、牛顿等巨星纷纷谢幕之后，超级巨星爱因斯坦闪亮登场。他就像一位横空出世的大侠，无门无派，但出手即震惊天下，他的绝招就是相对论。*后四章是本书的下部，下部比上部更精彩，结构更宏大，故事更神奇，真相更惊人。在下部中，作者细致地剖析时空的真相，带你领略神奇的四维时空奇景，了解整个宇宙的终极图景，再回到原子的深处见识不可思议的微观世界，*后看一看当下物理学的*进展万物理论。
《柔软的宇宙：相对论外传》：这是一段跨越两百年的科学探索史，从拿破仑时代一直到二十一世纪，讲述了相对论的诞生以及在相对论的思想下发展起来的一系列学科。在吴京平老师风趣幽默的叙述中，在一步一步了解柔软的宇宙和弯曲时空的奇妙过程中，我们有幸与大师相伴而行。《时间的形状：相对论史话》：这是一本很有趣的科普书。跟随作者，你可以进入爱因斯坦的梦境，坐在牛顿老师的课堂，来到星光实验的现场*近距离接触科学的真相。本书上部（前五章）和大家一起回顾物理学走过的坎坷历史，这段历史的精彩程度不亚于任何一段战争史。在伽利略、牛顿等巨星纷纷谢幕之后，超级巨星爱因斯坦闪亮登场。他就像一位横空出世的大侠，无门无派，但出手即震惊天下，他的绝招就是相对论。
*后四章是本书的下部，下部比上部更精彩，结构更宏大，故事更神奇，真相更惊人。在下部中，作者细致地剖析时空的真相，带你领略神奇的四维时空奇景，了解整个宇宙的终极图景，再回到原子的深处见识不可思议的微观世界，*后看一看当下物理学的*进展万物理论。
《柔软的宇宙：相对论外传》：这是一段跨越两百年的科学探索史，从拿破仑时代一直到二十一世纪，讲述了相对论的诞生以及在相对论的思想下发展起来的一系列学科。在吴京平老师风趣幽默的叙述中，在一步一步了解柔软的宇宙和弯曲时空的奇妙过程中，我们有幸与大师相伴而行。
人类从天圆地方的世界中心观，到认识到我们不过是宇宙中的一粒微尘，这中间，经历了怎样的坎坷历程？大爆炸宇宙学、黑洞、虫洞、引力波这些匪夷所思的物理学知识，是如何一步步发展并被验证的？牛顿、爱因斯坦、朗之万、霍金，这些天才的大脑，是如何一步步发现驾驭宇宙的基本力量，苦苦寻找人类社会未来答案的？在这本书中，所有你意料之中和意料之外的认知，都会以一个全新的方式呈现。看完这本书，你会发现，人类的科学认知探索历程，是一个让人三观尽毁、脑洞大开的历程。你的世界，将因这本书而颠覆。
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| 關於作者： |
汪洁，科普作家，文津图书奖得主。科学声音组织成员，兼任中科院上海天文台天之文系列科普讲坛
讲者，上海天文博物馆首席志愿者讲解员，浙江省科技馆科学脱口秀讲者，万有青年大烩讲者，喜马拉雅、蜻蜓、网易等电台热门主播，受众无数，主播的专辑《星空的琴弦》《科幻世界漫游指南》《时间的形状》《寻找外星人的科学》等广受欢迎。
吴京平，北京人，生于军工科研大院，玩着天文望远镜听着相声评书长大，做过广告公司的美术总监，干过资深人机交互设计师，现为专职科普作家，全国首档科学秀主播，科学声音组织成员。在中国科技馆、上海天文馆等全国各科技馆举行的讲座极受欢迎。在喜玛拉雅、蜻蜓、网易云音乐等以科学史评话为名开播专辑《行星传奇》《地球的刻度》《物种起源》《量子力学外传》《伟大的试验》《宇宙大爆炸》等，单辑收听量均在百万以上。
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| 目錄：
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《时间的形状》目录
序／001
前言／003
第一章 不得不说的废话
关于相对论的谣言粉碎机／002
你必须了解的四个概念／003
第二章 伽利略和牛顿的世界
相对性原理／010
伽利略变换式／016
史上最牛炼金术士牛顿／021
牛顿的绝对运动观／023
牛顿水桶实验中的绝对时空观／026
第三章 光的速度
伽利略吹响冲锋号／032
光速测量大赛／035
惊人的发现／038
科学史上最成功的失败／041
第四章 爱因斯坦和狭义相对论
两朵乌云／048
巨星登场／050
第一个原理：光速不变／052
第二个原理：物理规律不变／055
环球快车谋杀案／058
同时性的相对性／065
时间会膨胀／068
空间会收缩 ／079
速度合成／083
质速神剑／086
光速极限／089
质能奇迹／092
四个搞脑子问题／095
第五章 广义相对论的宇宙
爱因斯坦的不满／100
生死重量／103
等效原理／110
太空大圆盘／114
时空弯曲／121
引力的本质／125
水星轨道之谜／131
星光实验／133
没见过这么黑的洞／137
从黑洞到虫洞／143
压轴大戏／145
第六章 时空那点事
时空中的运动／152
四维时空／157
时间旅行／158
星际殖民／167
星际贸易／173
第七章 再谈四维时空
宇宙时空的终极图景／178
神奇的四维／189
第八章 上帝的判决
上帝玩不玩骰子？／200
美剧《生活大爆炸》／201
要命的双缝／202
玻尔的上帝／208
EPR实验／214
宇宙大法官／216
上帝的判决／219
万物理论／223
第九章 宇宙是一首交响乐
万物皆空唯有音乐／226
击碎原子／228
宇宙中的四种力／235
超弦理论／237
伟大的设计／240
《柔软的宇宙》目录
第1章 见证奇迹的时刻／004
第2章 以太？／016
第3章 一代宗师／025
第4章 电气时代／037
第5章 收缩假设／045
第6章 两朵乌云／055
第7章 物理学的奇迹年／064
第8章 双生子佯谬／078
第9章 第五公设／090
第10章 弯曲的时空／102
第11章 宇宙常数／113
第12章 开天眼／122
第13章 核火球／140
第14章 大耳朵的发现／155
第15章 黑洞不黑／168
第16章 星际穿越／180
第17章 暴胀／191
第18章 玩自爆的小偷／202
第19章 黑暗的心／213
第20章 时空涟漪／222
第21章 时间去哪儿了／233
family：宋体;mso-ascii-font-family："Times New Roman";mso-hansi-font-family：
"Times New Roman"''神奇的四维／189
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| 內容試閱：
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我希望这是一本很有趣的书。我认为这本书与传统科普书最大的差别在于，它更像是一本茶余饭后的休闲书，或是一本有点意思的小说。在这本书里，你会看到很多天马行空般的小故事。牛顿带着 Tom和 Jerry 来到一个大水桶里面，观看神奇的水面凹陷；爱因斯坦化身大警长，先是调查了一起环球快车谋杀案，然后又要奔赴云霄电梯处理可怕的超级炸弹，最后又在太空中建造了一个超级大圆盘以展示他那神奇的时空观。虽然这一切看上去不像是正经八百的科普，但我可以很负责任地说，故事里包含的都是些很靠谱的科学真相。很多科学真相用不可思议来形容是一点都不过分的，你平常之所以感受不到物理学的神奇，那是因为没有人告诉你很多看似普通的物理现象背后的故事。现在的高中生都会在实验室做一个观察光的双缝干涉图像的实验，这是一个普通得不能再普通的高中光学实验，可是却没有人告诉他们这个实验背后隐藏着的惊天大秘密，这个秘密足以撼动以爱因斯坦为代表的一代科学家苦苦建立起来的物理学信仰。一个简单的光学实验，如果你了解了它藏在最深处的本质，会惊讶地发现：这个世界不再是我们头脑中原来的那个世界了，我们头脑中很多朴素的哲学观念，例如物质决定意识、原因决定结果等等，都将受到空前猛烈的冲击。而且，我确确实实是在讲科学，不是在讲神学或者宣扬神秘主义。
我的这本书大致可分为上下两部分。前五章和大家一起回顾物理学走过的四百多年坎坷历程，这段历史中的悬念，其精彩程度不亚于任何一段战争史，因为物理学的发展本身就是一部精彩的好莱坞悬疑大片。在伽利略、牛顿等巨星纷纷谢幕之后，我们的超级巨星爱因斯坦闪亮登场，而他成为我们的主角的时候不过 26 岁。他就像是一个横空出世的大侠，无门无派，但是一出手就让天下震惊，他的绝招就是相对论。后四章是本书的下部，故事更神奇，真相更惊人。在下部中，我将帮你细致地剖析时空真相，带你领略神奇的四维时空奇景。我们先一起去了解整个宇宙时间光锥的终极图景，再回到原子的深处见识一下不可思议的微观世界，最后看一看当下物理学的最新进展万物理论。你只要随便记住其中的一两段，就能让你在平时和朋友们的吃饭聊天中大放异彩，只是要当心别聊得兴起忘了吃菜，不要发生总是发生在笔者身上的悲剧：话讲完了，菜也被别人吃光了。
看完这本书，也许你对这个世界的看法会大大改观。潮起潮落，斗转星移，这些平常司空见惯的大自然现象在你眼里会突然产生完全不一样的意义。当你晚上抬头仰望星空，看着夜空中的皓月星辰，宇宙在你眼里将会换一番景象，过去的宇宙观一去不复返，一个崭新的宇宙观将在你的头脑中建立起来。
自小到大，你可能一直会有这样的疑问：
时间到底是什么东西？
我们能跨越未来吗？
我们能回到过去吗？
光到底是什么东西？
宇宙到底长什么样？有大小吗？有生死吗？
我们能像星际迷航一样穿梭在银河系吗？
这个世界的物质到底是由什么构成的？
物质可以无限分割吗？
这些令人不可思议的问题，科学家到底是如何找到答案的？
看完这本书，或许你将对以上这些问题不再感到疑惑，说不定，你还可以很自信地为你的亲朋好友解答他们心中同样的疑惑。
所有这一切，都要从爱因斯坦发现的相对论开始讲起。这的的确确是一个伟大的理论，这是 20 世纪人类对这个宇宙秘密最深刻的一次发现。你可能还是在茫然地看着我：我听说过相对论，可是它跟我们的日常生活有关系吗？
当然是有关系的。比如，GPS 导航系统现在已经是一个常用设备，我估计很多读者都有一个车载的，或者手机里面就有一个。知道吗？如果没有相对论，那么这玩意可就会出大问题。因为根据相对论，卫星上的时钟会比地面上的时钟走得快，每天大约快 38 微秒（0.000038 秒）。这个时钟的快慢并不是因为计时器精度不够造成的，而是因为卫星上的时间真的变快了。你设想一下，如果人类没有掌握相对论的知识，那么就不会知道发射到天上的卫星哪怕用再精确的计时工具计时，也不可能消除这个误差。你千万不要小看这似乎微不足道的 38 微秒，如果不校正的话，那么 GPS 导航系统每天积累的误差将超过
10 千米（当然这个误差是垂直方向上的，不是水平方向上的），如果美军用这个来导航导弹的话，那麻烦可就大了。因此在 GPS 卫星发射前，要先把其时钟的走动频率调慢 100 亿分之 4.465 ，把 10.23 兆赫调为 10.22999999543 兆赫，这些数字全靠相对论才能精确地计算出来。
神奇！你大概会惊呼一声，相对论原来就是这个啊。 哦不，这并不代表相对论，卫星上的时间变快只不过是相对论无数推论中的一个，我们通过相对论可以精确地计算出卫星上时钟和地面上时钟的误差到底是多少。相对论还有很多很多推论，小到推测水星的运行轨道、发生日全食时星星的位置，大到可以推演太阳的过去与未来，甚至宇宙的过去与未来。
神奇！你再次惊呼一声，不过你越说越玄乎了，我还是有点不信。你先别说得那么远，你前面说啥来着？时间本身变慢了？这个太让我难以理解了。在我眼里时间本身是匀速流逝的，我们感受的所谓快慢无非是我们自己的感觉在变化，即便是你的表和我的表走时不准那也不是时间本身不准，而是我们的手表精度不够造成的。中午 12点整开饭，对任何
人来说都是 12 点整开饭，这是一个客观事实，不会因为我们用的是一块真的劳力士还是一块山寨劳力士而改变。坦诚地说，我非常理解你的这种想法，并且我还要恭喜你，你的这个思想和伟大的牛顿是一模一样的。但非常遗憾，这个想法错了，真的错了。
相对论是研究时间、空间、运动这三者关系的理论体系的总称，它是这一百多年来人类最伟大的两个理论之一，诺贝尔物理学奖是不足以来评价相对论的伟大的。如果上帝真的存在，那么过去他说：人类一思考，上帝就发笑。相对论之后，他改口了：人类一思考，上帝就发慌。
我们对相对论的误解实在是太多了。大多数人都觉得相对论很神秘、很深奥，是大科学家才能理解的东西。这种误解来源于一个广为流传的关于相对论有多难懂的故事，说的是一个记者问天文学家爱丁顿：听说全世界总共只有三个人能懂爱因斯坦的相对论，您是其中之一，是不是这样？爱丁顿一时沉默了，正当记者以为爱丁顿要反驳的时候，没想到爱丁顿说：我在想另外两个人是谁。 我估计当时这个记者就震惊了。不管这个故事是真是假，总之给我们的一个印象就是相对论很难懂。但是大家千万不要忘了，这个故事发生在一百多年前的1906年，那时候相对论刚刚被爱因斯坦用严谨的数学语言描述出来，对那个时代的人来说确实是很难理解的。不要说相对论了，你想象一下如果你回到乾隆年间，对大知识分子纪晓岚说随便找一个三角形的东西，把三只角割下来拼在一起，不多不少，总是恰好能拼出直直的一条边。
【图0-1】把三角形的石桌的三个角割下来拼在一起，必定可以得到一条直边
铁齿铜牙的纪晓岚一开始肯定不信你，当他真的去找一些三角形的物件来验证，发现完全正确，即便是我们的大知识分子纪晓岚也会表示很神奇。但要是在现代，随便找一个初中生都能给你证明三角形的内角和是180度，他会告诉你这是一个很简单的几何常识。
同样，相对论的一些基本原理和概念对我们现代人来说，也一点都不高深，不神秘，很好懂，关键在于你是不是愿意听我娓娓道来。
在正式开始我的叙述之前，我很想把我刚刚在网上看到的一则新闻讲给大家听。当然，你也可以直接跳过这部分从第一章开始看起，并不会影响你对本书的理解。
搜狐新闻报道：
今年60岁的黄其德是宁乡县金洲乡箭楼村一名地道的农民。这位只有高中学历的农民，在对爱因斯坦的相对论进行了二十多年的独立研究后，对这一著名理论产生了质疑和挑战，并做出了近30万字的论述，引起了有关专家学者的关注。
世界文明的异化和倒退，人类社会伦理的堕落，虽然不能说完全是相对论的责任，但也是最重要的原因之一。在研讨会上表达对爱因斯坦相对论学说的深恶痛绝时，60岁的农民黄其德表情严肃，一字一顿。
黄伯伯在他的《爱因斯坦相对论在科学和哲学上对人类思维的扭曲》一文中写道：我做过粗略的调查：理科大学生知道相对论的，100个人中不到1个，约占 0.3%，而认定相对论无比深邃高明的却占99.5%；理科大学教授中知道相对论的不到2%，也几乎都认可并崇奉相对论；社会上一般知识分子中知道相对论的约占百万分之一，几乎无不崇奉相对论！这个数据说明了什么？首先说明地球人类崇奉相对论是由虚荣心支配着的极端盲目的权威效应。
※他还写道：我保证，只要有高中学历，都可以大致听懂我的论文，并取得评论相对论的有把握发言权。认识到爱因斯坦相对论是一个伪科学大骗局。
前言结束之前，让我借黄伯伯的文风写下：
我保证，只要有高中学历，都可以大致看懂本书，并取得评论黄伯伯奇文的有把握的发言权，认识到爱因斯坦的相对论足以让上帝对渺小的人类产生敬畏。作为人类的一分子，我以此感到深深的自豪！
《柔软的宇宙》后记
与大师为伴
这本书讲述了一段跨越两百年的物理学史，这是一个让人三观尽毁、脑洞大开的探索历程。
在一步一步了解柔软的宇宙和弯曲时空的奇妙过程中，我们有幸与大师相伴而行。对这段历程，我有自己偏爱的观察角度。第一个角度是科学家并非生活在真空中，伟大的发现不是科学家们开脑洞开出来的，每个科学发现都要放到历史大背景中去审视。比如热力学的发展与蒸汽机大规模应用关系密切，电磁学与第二次工业革命以及电气时代的到来密不可分。
1879爱因斯坦出生在德国小城乌尔姆，同年，电学宗师麦克斯韦在英国去世，时间上的巧合颇有点交接班的意味。麦克斯韦去世前一天，美国的爱迪生递交了实用灯泡的专利申请，爱因斯坦的父亲也将与灯泡结下不解之缘。你感觉到了吗？历史总是把千般线索巧妙安排。
至于第二个角度，那就是科学家也是人，他们也有七情六欲，也有喜怒哀乐，也有错综复杂的人际关系。有人的地方就有江湖，这话说得一点儿不假。你能想到吗？爱因斯坦上大学时经常翘课，而且他是奉子成婚。请不要责怪我太过八卦。他们与我们一样，是活生生的普通人。当世界大战来临之时，他们是各为其主呢？还是捍卫人类的良知与底线呢？科学家们展现出了与丰富的人性侧面。
了解科学知识固然很重要，但这些科学家群体或许更值得我们关注。有人早已故去，有人远在万里之外。虽然他们与我们不在同一个时空，但我们读他们的故事，不就相当于穿越时空，与他们为伴吗？能与大师为伴，是多过瘾的事儿啊！
什么是科学？
科学二字本是名词，字面原意就是分科之学。在我国，科学经常被当做形容词使用。人们总是说，XXX不科学，这时候科学已经成了正确与优化的代名词，但是人们对于科学本身的含义却未必清楚。到底什么才是科学呢？人们往往会把自己认为正确的观点统统成为科学。这时的科学，就是狭义的科学。
凡是能被科学讨论的，必须是可以测量的。伽利略做斜面滚落实验，连续测量了上千次之多，比萨斜塔上的自由落体实验更是个广为流传的科学故事。尽管伽利略做没做过这个实验现在存疑，是不是在比萨斜塔做的也存疑。至少是在伽利略他们这一代人手里，科学从哲学中分离出来，最后逐步发展成了现代科学体系。
为什么要读科学史
科学史从某种程度上说就是人类的认知史。我们一开始是怎么看待这个事物的，是什么原因造成了对这个事物的重新认识，人类的知识是如何一点点累进的，都可以通过科学史得到了解。人类的认知历程是个非常曲折而又充满悬念的过程，听过我音频广播的朋友恐怕会记得我常说的一句话，叫做按下葫芦起了瓢。科学发现的历程就是如此，老问题解决了，新问题又冒出来了，既有山重水复疑无路，也有柳暗花明又一村。真如破案一般需要层层抽丝剥茧，考验的是人类的耐心和洞见。就在不断解决问题的过程中，人类一步步向前发展，社会也在一点一滴进步。
人类的历程就像无尽的远征，研读一段历史就好比偶尔回过头去，看看身后那一串长长的脚印。已经走了这么远了！原来走了好多弯路啊！我们不由得生出感慨。是啊，我们走了这么远了，但前头的路还长着呢
第14章 大耳朵的发现
黑洞够不够黑，这的确是个问题！令大家大跌眼镜的是，这个黑洞居然会辐射粒子。让我们回到上世纪六十年代来回望一下那段脑洞大开的研究史吧！
因为微波背景辐射被找到了，这是很明显的证据。伽莫夫他们提出的大爆炸学说现在已经在风头上压过了稳恒态宇宙模型，但是霍伊尔还是不相信这个理论的，一度曾经有所动摇，但他后来又反水了，提出了新的稳恒态模型。不过大家对他的理论已经普遍兴趣不大了，当年那个崇拜他的超级粉丝霍金（图14-9）也已经长大成人。他打算报考霍伊尔的研究生，但是很遗憾，霍伊尔的学生太多，就把霍金调剂给了另外一位老师丹尼斯夏玛。霍金这孩子很聪明，十七岁考进了牛津大学，还当上了赛艇队的舵手，是个风华正茂，才智出众的年轻人。可是，在牛津的最后一年里，他开始变得笨拙，时常摔跤，人们注意到，这个学生身体出现了问题。
在考入剑桥大学之后，他的身体越来越差，讲话开始含混不清。父母带他去做了检查，他得了肌萎缩性脊髓侧索硬化症，俗称渐冻人，医生预言他活不过两年。但是，他还是挺过来了，尽管他的生活空间越来越小，身体能活动的部分越来越少，后期他全身几乎都不能动弹，但是这不妨碍他的大脑已经在思考那最深邃最遥远的宇宙尽头。这就是他的使命，不是吗？
还好，他没有成为霍伊尔的研究生，霍伊尔常年在外，在校园之内停留的时间都不多。很难说会有多大精力去带学生，毕竟人家事务繁忙。夏玛老师则不同，他能实实在在地在学校里面好好培养呵护自己的学生，特别是霍金这样身有残障的年轻人。老师虽然自己还是偏向稳恒态宇宙，但是他鼓励霍金有自己的想法。夏玛是狄拉克的学生，说起来，狄拉克是霍金的师爷，也正拥有着名声最大的教职剑桥大学卢卡斯数学讲座教授。当初牛顿也担任过这个教职，还是国王亲批的。若干年后，霍金也将担任这个教职，一干就是几十年
在剑桥上学期间，夏玛老师时常带着学生们外出听讲座，结识各个领域的专家学者，霍金撑着不便的身体也跟着一起去。有一次碰到儿时的偶像霍伊尔讲学，霍金发现一个错误，不依不饶地大喊：那个量是发散的！，闹得霍伊尔下不来台。偶像又怎样呢？吾爱吾师，吾更爱真理！
夏玛老师的一大功劳便是把彭罗斯（图14-10）拉来入伙，从数学领域跳过来研究相对论和宇宙学。早在二十世纪五十年代，夏玛老师在餐馆里碰上了彭罗斯，彭罗斯就显示出了非凡的天分。后来彭罗斯和霍金也成了很好的朋友，在夏玛老师的带领下研究广义相对论。彭罗斯比霍金大了十一岁，大约就是李白与杜甫的年龄差距。彭罗斯本行是数学家，在拓扑学领域有很深的功底，他把拓扑学引入了广义相对论的研究。美国的物理学家对拓扑学并不重视，苏联人也不重视。郎道是苏联物理学界的学霸，他的入学考试号称叫郎道势垒，难度简直变态，能考进去的都是人尖。但是郎道不考拓扑学，因此另辟蹊径的任务就落到了英国人身上。法国人干什么去了？天知道！
这个拓扑学又是个什么学科呢？大家都玩过七巧板或者是拼图吗？理论上讲，这也算是拓扑学。拓扑学关注位置关系，不关心大小。曾经有个笑话，有个老板想造一个动物园，这就需要去抓很多动物，然后把动物关在笼子里。这需要一大笔钱，老板就问各位专家，有没有省点钱的办法。大家面面相觑，最后有个拓扑学家发言了，他说不用去抓野生动物，动物已经被抓住了。你想啊，一般的动物园都是动物们关在笼子里，人在外边看，现在我们把空间关系翻转过来：把人放在笼子里，动物放在外边，这不是一样的效果嘛！老板大受启发，于是世界上第一个野生动物园诞生了。果然是把人关在笼子里，动物在外边自由自在地溜达。
故事当然是当个段子来听，但拓扑学的思维告诉你空间的位置关系是个很深奥的东西，特别是高维空间内的拓扑结构。数学上著名的梅比乌斯带和克莱因瓶，倒是给人比较直观的感受。
梅比乌斯带（图14-11）是个弯曲的二维面，在三维空间里面反扭了一下。这是一个没有正反面的二维空间，纯粹只有一个面。你拿一支笔来涂颜色的话，可以不抬笔全部涂满。我们假想有一种二维的小人，生活在这种二维空间之内。他就会发现，当他转一圈返回出发点的时候，居然成了原来的镜像，完全颠倒过来了，不过不要紧，他再跑一圈就正过来了。感受到拓扑学的魅力了吧！
克莱因瓶（图14-12）是另外一种情况：这是一个有限无边的面，但是它也只有一个面。因为克莱因瓶是三维的，要想实现只有一个面，必须有第四个维度来帮忙，就如同梅比乌斯带一样。二维空间，要想实现只有一个面，就必须在第三个维度里面反扭一下。我们平时生活在三维空间里，感受不到第四个维度。因此你只能想象一下，克莱因瓶下面那个交叉的地方其实并不交叉，因为，瓶子尾巴是通过另外的维度接上瓶口的，这需要强大的脑补能力，暂时就别瞎想了，拓扑学匪夷所思的地方还多着呢。
爱因斯坦的广义相对论在战后已经成为了物理学家们必须要了解的一门学问，不像战前，了解的人并不多。但是对于奇点，大家意见并不统一，一个质量最够大的恒星真的能够一步步塌缩成为一个点吗？这个点究竟是怎么样的一种存在？那个早在第一次世界大战的战壕里被计算出来的史瓦西解就可以描述一个最简单的一种黑洞，这个黑洞是个静态球对称，而且不旋转不带电的黑洞。不久以后，带电的RN黑洞也被计算出来了。相对来讲，带电的RN黑洞只比史瓦西黑洞复杂了一点儿。到了60年代初，随着对大爆炸以及恒星塌缩过程的研究。奇点问题已经绕不过去了。究竟在塌缩的恒星之中，能不能生成奇点呢？大家众说纷纭。
苏联科学界相对来讲比较封闭。他们与西方的学术交流还是有的，但是显然没那么通畅，甚至名称术语都不统一：西方叫塌缩星，苏联人叫冷冻星。倒是美国的惠勒（图14-13）在一次报告上用了黑洞这个词汇。大家都觉得这个词不错，很传神地描述了这一类天体的特征，于是黑洞就成了标准的称呼。惠勒的人生跨度很长，三十年代他与玻尔一起工作过，后来在普林斯顿又与爱因斯坦成为同事。麦卡锡横行之时，泰勒要去非美委员会作证，对奥本海默不利，惠勒连夜苦劝无效，氢弹之父告发了原子弹之父，这是科学史上的悲剧。
惠勒后来一直活到了北京奥运会前夕，是哥本哈根时代仅存的大师。他一辈子培养出不少的好学生，比如研究虫洞和引力波的基普索恩，提出黑洞熵的贝肯斯坦都是他的学生，我们在后文都会提到他们。
彭罗斯进入相对论领域，首先就证明了奇点的问题。彭罗斯用数学证明，奇点必定会出现，特别是黑洞里。这一套数学证明的过程用到了拓扑学，后来霍金把这个结论推广到了宇宙起始的那一刻，宇宙的开端必定有奇点。夏玛老师和彭罗斯以及霍金他们一伙人把剑桥变成了欧洲黑洞研究的老巢。
苏联人对外交流不算多，偶尔也来一趟，哈拉尼科夫做了个报告，栗弗席兹在家坐镇没来。他们认为黑洞里面的奇点并不稳定，在扰动之下可能有问题。当场有人提出了彭罗斯的理论，苏联人大惊失色，他们没听说过有这种理论。更加令人可怕的是他们对拓扑学不熟悉，彭罗斯的玩意看不懂。照理说，苏联人担心也并不是没道理，天体并不是完美的对称形状，同时下落汇聚的时候，能不能准确地同时汇聚到一个点上呢？万一对歪了没打中呢？万一时间对不上，彼此错过了呢？这是很正常的想法。
苏联的泽尔多维奇（图14-14）他们一帮子人当年是搞核弹的，原子弹爆炸也遇到类似问题。核装药是分解成好多块摆在个球面上，周围全是炸药。炸药要极其精确地同时起爆，各个核装药块在爆炸的推挤下，要在千分之一毫秒的时间里齐刷刷地撞到一起，同时中子源点火，时间上不能彼此错过，空间上不能对歪一丝一毫，核弹才能顺利起爆，做不到就只能放个哑炮。原子弹原理讲起来并不复杂，真要做到那可是千难万难。苏联人把核弹计算上用的思路移植到了黑洞塌缩上。当然啦，原子弹去引燃氢弹的过程也是类似的，黑洞计算上也可以借鉴，泽尔多维奇就是苏联研制氢弹的功臣之一，这种办法很可靠，而且大家也都信得过。好多物理学家怀疑彭罗斯他们，惠勒倒是偏向彭罗斯。要是奇点还要考虑量子效应，那又是一个头两个大。
彭罗斯他们没工夫管这些事情，和霍金几个人开始发展这套分析方法，很快，就成了一个非常厉害的体系。他们提出了新的奇点定理，一帮物理学家不得不恶补拓扑学的知识。这种情形在历史上也不是第一次出现了，当年他们也是恶补微分几何、恶补矩阵，现在开始恶补拓扑学。数学家动动嘴，物理学家跑断腿啊！
后来，索恩和霍金几个人去了苏联，见了见苏联的朋友们。栗弗席兹（图片14-15）倒是痛痛快快地承认了错误。反正栗弗席兹很坦诚，他们用传统方法也算出了一个可以稳定存在的奇点，大家殊途同归。传统方式能算出更加丰富的信息，拓扑学只能告诉你有奇点，却不能告诉你别的。
奇点的问题告一段落，视界面还有问题。天体并不是完全对称的，万一是个歪瓜裂枣的形状，塌缩过程里能不能形成个完美的球形的视界面呢？苏联的泽尔多维奇小组得出来的结果是天空飘来五个字，这都不是事，略微有些起伏没关系。在塌缩的过程里，这些不完美的地方会变成引力波辐射出去，最后变成完美的对称形状。苏联人一宣读结论，西方人就感到震惊，看来铁幕那一边的人还是很有实力的。泽尔多维奇是研究核弹出身，后来才转行来折腾黑洞的。计算黑洞的塌缩过程，把氢弹计算上要用到的那些压力、激波、高温、核反应、辐射全都用上了。
夏玛老师经常派学生去参加各种各样的学术会议，有时候是霍金去，有时候是别人。这一次去的是埃利斯，回来以后两眼放光，讲座上爱尔兰的伊斯雷尔提到他算出来的结果：哪怕天体是方的，塌缩成黑洞也会得到一个完美球对称的形状。
电荷与角动量不会变成引力波辐射出去，因此不会被抹平，这两个信息是丢不掉的。黑洞就只剩下三个信息：旋转、电荷、质量。任何一个黑洞，有这三个信息你就能描述了，这是一个非常毁三观的结论。普通人一定会问：吸进去的物质都哪里去了？其实这不奇怪，我们平时生活里见到的物体总可以获得许多的信息，一块蛋糕你可以掂量掂量有多重，也可以咬一口看看软硬，还可以尝尝是甜的还是咸的。总之，一块蛋糕包含了非常丰富的信息。我们都是通过这些信息来理解特定事物的，信息越是丰富，我们就越是觉得这个东西实在，相反就不太能接受信息越来越少的情况。气体的信息就少多了，没有形状，也不一定有味道，很可能没有颜色，了解空气只能通过流动时产生的风和气压。面对黑洞，我们很不安，物质掉进黑洞里，我们熟悉的那些信息统统感受不到了。对此，我们的脑子很难接受。大家总是脑补，物质一定囤积在黑洞的内部。人总是违拗不过直觉，可物理偏偏又是反直觉的，大跌眼镜已经是家常便饭了。
搞广义相对论的科学家们对此并不在意，奇葩的东西见怪不怪。惠勒充分体现了他为老不尊的一面，他把黑洞信息理论称为黑洞无毛定理（这个词在西方含有XXX的意味），物理学家们广泛接受了这个称呼，伊斯雷尔在自己论文里面毫不犹豫地就写上了黑洞无毛定理。倒是杂志的编辑们受不了了，你们这帮子物理学家为什么都这么污！《物理评论》的老编辑们拒绝刊登这种含有污言秽语的文章，但最后还是胳膊拧不过大腿，大批的物理学家们用得不亦乐乎，编辑们也不得不接受了这个词。这个词翻成中文倒是看不出什么，有人还称为三毛定理，倒也是蛮贴切的。
惠勒一向很顽皮，他七十岁生日的时候，正好参加学术会议。他发现没人记得今日是他的七十大寿，一份礼物都没收到。于是就在别人的椅子腿后面绑了鞭炮，一声轰响，现场乱作一团
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