苟利军：探测引力波的百年之路（5）

黑洞也是时空弯曲当中的一种“极端”的情形，它也是爱因斯坦方程中的一种解。那黑洞到底是什么呢？相信大家在日常生活当中也常听到这个名词，黑洞其实就是一种连光也逃不出去的天体，所以如果我们看黑洞的话，它应该看起来像一个黑色的球体。另外，从结构的角度而言，黑洞是宇宙当中最简单的一种天体。只有几个词，比如视界面、奇点、史瓦西半径，就可以定义它。这是从偏向于学术的角度去定义黑洞，那在生活当中，大家怎么去理解黑洞呢？

我给大家看两张图，相信大家对这个非常熟悉。这是貔貅，大家之所以在日常生活当中把貔貅当做一种瑞兽，是因为什么呢？因为它最大的特点——招财进宝。而它之所以能够成为招财进宝的瑞兽，是因为它只进不出，这一点和黑洞非常类似。黑洞中隐匿着巨大的引力场，这种引力大到任何东西，甚至连光都难以逃脱黑洞的影响。如果你在那百度上搜索“黑洞”，可以看到这个搜索结果都被吸到一个黑色的点里面去了，这是说明了黑洞的第二个特点：一个物体，或者说任何靠近黑洞的物体都会被黑洞撕碎，然后吸进去，一旦吸进去就逃不出来了。

如果我们通过这两个特点去理解黑洞的话，它具有什么样的效应呢？越靠近黑洞，空间弯曲就越大，时间的流逝就越慢。这非常抽象，很难简单地从语言上理解。但是如果大家看过2014年的电影《星际穿越》，会有相对深刻的理解。在电影当中，主人公Cooper离开地球的时候，他的女儿也就七八岁。但是他回来的时候，主人公的年纪感觉没有发生太大的变化，他的女儿却已经是一个80多岁的躺在病床上奄奄一息的老人了。我们可以感受到这之间的时间是不太一样的，尤其是在电影当中还提到了有一点，主人公Cooper和Amelia跑到了一个非常靠近黑洞的星球，叫做Miller星球，他们在那个星球上只待了三个小时，他们感觉没有浪费任何一点时间，但是当他们回到母舰上的时候，母舰上的宇航员告诉他们已经过去20多年了。所以，在Miller星球上的三个小时，竟然等于母舰上或者地球上的20多年，时间被拉伸了六万倍。这就是说，在黑洞周围，因为时间被拉伸的效应非常严重，所以就可能导致这样的现象。

另外，中国神话当中常说“天上一日，地上一年”，但是从来没有人去解释这是为什么。这很有可能也是因为引力效应的不同。如果问大家，既然天上一日是地上一年，那从引力的效应而言，神仙居住的环境是引力更强还是更弱？引力强的地方，往往代表了时空弯曲更大，所以神仙如果是居住在某个环境中，那应该是居住在引力比较强的地方。

其实在我们日常生活当中，有一些效应往往被忽略掉了。我们现在人人都有手机，去某些地方需要导航，导航利用的信号是来自导航卫星。卫星上的时间和我们地球上的时间，大家可以想象一下，因为所处的高度、距离、位置不同，时间也肯定会有差别。在地球表面或地球附近，空间弯曲应该稍微大一些。相比较之下，我们时间的流逝要比卫星上的时间流逝得慢一点。这样的话，就有一个时间差。我们在利用导航的时候，最终必须要考虑到这个因素。因为尽管这个时间差非常小，但是光速是30万公里/秒，如果不纠正这个时间差，导航估计就会把我们引向一个完全不知道的地方。这是现在导航系统必须要考虑的一个效应。

如果从高维时空去看，黑洞应该是什么样子的？非常像一个漏斗状的物体。在科幻电影或者理论当中有非常多对于黑洞的描述。人类发现的第一个黑洞是在天鹅座，当时在X射线波段，而且是第一个被发现的，所以我们是称之为天鹅座X-1。这个黑洞系统是在20世纪60年代被发现的，发现以后，地球上非常著名的物理学家或者说最聪明的两个物理学家就为此就争论，其中，霍金尽管做了非常多有关黑洞方面的工作，但他认为这个系统当中不存在黑洞。但是基普·S·索恩认为这是黑洞，所以两个人就为此打赌，并且写下了一个赌约，以1年的杂志作为赌注。