前言 物理学中的黑概念
Part 1
A 黑色的夜空
膨胀的宇宙
最古老的光是何时发出的？
我们能看到宇宙视界之外的地方吗？
B 为什么夜空是黑色的
黑色的透明性：半透明介质
彩色的夜空
星座的黑色盒子
黑的选择
Part 2
A 黑体
黑体之谜
黑体是真实存在的吗？
最冷的黑体
B 黑体辐射
物体的暗黑性
黑色射线
潜意识的黑暗意识
Part 3
A 黑洞
黑洞是什么？
在黑洞视界的边缘
在怪物的肠道中
一个不是那么黑的洞……
宇宙旋涡
B 黑洞引力
宇宙坍缩
忧郁的星体
黑洞的光辉
Part 4
A 暗物质
暗物质的发现
星系中的暗物质
星系团中的暗物质
宇宙幻象
宇宙中的暗物质
原始核聚变
一个新的定律？
暗物质的属性可能是什么？
B 暗物质的炼金术
一种比黑色更黑暗的黑色
苦炼
宇宙的阿尼玛
宏观宇宙和微观宇宙的结合
Part 5
A 暗能量
令人惊奇的观测结果
解释的过剩
B 暗能量之谜
黑暗的教训
谁会杀死宇宙？
实体的迷幻
不必失望：并非一切都是黑色的！
结语 黑色的统治

黑洞是什么？
我们都知道，一个被抛向高空的球在达到最大高度后会最终落地，抛球的力气越大，球的高度就越高。这是地球重力的一个表现，因为地球的重力会将所有的东西向地心拉去。球的高度会随着初始速度的平方增加：抛球的速度快两倍，球的高度就是原来的四倍。如果抛球的速度足够快，超过每秒11.2千米（约每小时4万千米），球就不会再落到地球上，而是会彻底摆脱地球的引力。只有行星际探测器的发射器才能达到这个足以摆脱地球引力的速度，让我们可以看到我们身处的太阳系。这个逃逸速度与行星的质量和半径的商的平方根成正比，一个比地球大4倍或小4倍的行星的逃逸速度会是地球的两倍。光的速度约为每秒30万千米，拉普拉斯算出，为了让光线无法逃逸，一个与地球密度相同的恒星的半径应为：太阳半径的250倍。显然，拉普拉斯公式只适用于经典物理学中的物质抛射体，不能先验地适用于粒子——即光子-——质量为零的光线。
关于引力对光产生影响的缜密研究必须在爱因斯坦于1915年发表的广义相对论的框架内进行。这个理论指出，引力的作用实际上是时空的几何表现，它本身是建立在物质和能量分配之上，时空因它而变形、弯曲了。自由运动的粒子必须沿着新几何中较短的线，也就是短程线来运动。因此，与经典理论相反，光虽然没有质量，也会受引力影响，或者更准确地说，是受时空的弯曲影响，它的轨迹在一个巨大的物体附近会偏转。英国天文学家亚瑟？爱丁顿（1882—1944）在1919年的日全食期间首次验证了这一效应。在日全食期间观测到的接近太阳方向的恒星的位置与在一段时间后测量到的这颗恒星的位置之间存在着微小差异，这和爱因斯坦的计算完全相符。这是对于他的万有引力新理论的一个有力证明。今天我们知道，爱丁顿使用的实验器具太不精确了，以至于这个观察结果并不是真正有说服力的，但是，除了这个幸运的巧合之外，科学家又多次重复了这个实验，都明确证实了爱因斯坦的预言。
如果时空的弯曲会影响光线，那么在广义相对论的框架下，我们就有可能再次计算在何种条件下，星体能够限制光线的逃逸。爱因斯坦的理论证实了一个临界半径的存在，当星体的半径低于临界半径时，光线就无法从星体中逃逸。让我们出乎意料的是，计算这个临界半径的公式与由经典理论推导出的拉普拉斯公式完全相同。这个临界半径被命名为史瓦西半径，以纪念在1915年计算出这个半径的德国物理学家卡尔·史瓦西（1873—1916），这个半径和物体的质量成正比，例如，根据史瓦西的公式，要将太阳转化为黑洞，必须将它的全部质量压缩成一个半径仅为3千米的球体！ 在光线和物质无法逃逸的区域外有一个球形的表面，我们称之为黑洞的“视界”（horizon）。它是一个几何表面，不是真实物体，我们赋予它这个名称是因为它和地球的“地平线”类似，都是视线范围的边界。如果说地球上的地平线位置取决于观察者的位置，那与之相反，黑洞的视界是绝对的。它是时空的边界，与观察者的位置无关，并且会将所有的事件分为两类：在视界线之外，通过光信号我们可以在任意大的距离之间进行联系，这就是我们居住的普通宇宙；在视界线之内，由于光线要向中心聚集，因此它们无法在任意两点之间自由移动，联系受到了严格的限制。例如，物质和辐射可以从外部区域传到内部区域，却无法从内向外传播。这甚至证明了“黑洞”这个在1967年由美国理论学家约翰·阿奇博尔德·惠勒（1911—2008）提出的术语，因为在当时这只是一个理论上的可能。惠勒是一个充满想象力，并且对最大胆的猜测也抱有开放精神的理论学家。除了“黑洞”，他还普及了很多极为新颖的概念，比如“多重世界”“虫洞”“时光倒流的粒子”，以及物质与信息之间的平行论。这些概念往往只是人们想象出的观点，但是能证明黑洞这个著名理论存在的证据出现在1971年：天体物理学家们探测到了天鹅座x-1，这个二元系统的特征表明它是由一个黑洞和一颗巨大恒星组成的。此后，在我们身处的星系中又发现了大约20个黑洞，其中最大的一个——其质量达到了400万个太阳质量——就隐藏在银河系的中心。正如文森特在下一章中所指出的那样，有一个黑洞存在于银河系中心，这冲击着我们的想象力，但黑洞本身并不是邪恶的，恰恰相反，它有利于银河系的稳定和发展演化。2002年，我们通过观测银河系中心附近的恒星轨道，发现了黑洞的存在。2022年，事件视界望远镜项目将通过结合分布在地球整个表面上的无线电望远镜的数据，来制作这个中心黑洞视界附近的图像。目前的观测还显示，在一些活动星系的中心，如M87星系，存在着一个超大质量的黑洞，其质量可以轻松超过10亿个太阳质量！
P77-82

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前言 物理学中的黑概念
黑暗，构成了一个世界。
亨利·米修，《杂乱的无限》（L’Infini
turbulent）
物理学中有很多与黑暗相关的概念，比如“黑
色的天空”“黑体”“黑洞”“暗物质”“暗能量
”，正是黑暗勾起了我们的求知欲。我们两个，一
个物理学家，一个哲学家，之所以会合作，是因为
科学概念上的“黑”既有教育意义，又发人深思。
为什么物理学家认为需要“黑化”这些概念？这个
从普通语言中借用的词汇是什么意思？它对科学语
言的制定是无足重轻且毫无影响，还是其中隐约包
含着某种隐喻？总之，物理学中的黑概念会因为它
们的“黑”而拥有特殊性吗？对于那些构想出这些
黑概念的人来说，“黑”这个字在我们这个时代的
科学文化中又意味着什么呢？
尽管笔者非常欣赏安德烈·弗朗坎的黑色幽默
代表作《黑思想》，但是我们的书并不会涉及神经
衰弱的物理学家们脑中阴郁的反复思考，而是关于
“黑化”一些现象而产生的物理概念及其特殊性的
反思。这种“黑化”是否意味着这些概念是相关的
呢？但是至少有一个值得注意的事实存在，而且应
该为它写本书，那就是：这些概念都与过去或者现
在的重要科学谜团有联系。几百年来，黑色的天空
让天体物理学家们魂牵梦萦；黑体辐射之谜是量子
力学的起源；黑洞理论极具特殊性，在人们发现它
的效应之前，天体物理学家就已经为之兴奋；暗物
质是解决星系和星系团运动异常的假说；而暗能量
则可以解释宇宙加速扩张的原因！关于这些黑概念
存在进一步思考，然而这些可能和它们的黑化并没
有直接关系。
黑，一定是因为光的完全缺失。但是在物理学
中，黑却有特殊的意义。黑体并不一定是黑色的，
黑洞也与颜色无关：它只是无法被看到。黑被归类
为肉眼无法观察到的物理现象，这个特点因现象而
异——天空的黑色和暗能量的黑不同，但是观察的
难度也会严重影响归类的结果。一个概念被定义为
黑并不是偶然的。在科学语言中，形容词“黑”上
发生了一个被加斯东·巴什拉称为“语义革命”的
变化：它的意思改变了。它的原始含义被提纯了，
被重新定义了，这样它就只被用来表达物理学家需
要它表征的对象属性了。于是，黑不再是一种颜色
，而是成了一个单义的科学术语。
其实，这是科学家努力想要实现的理想。
……
当我们要对水与夜的结合发表一些见解时，似
乎与我们关于物质想象的总的观点相违背……然而
，物质的遐想是如此自然，如此不可抗拒，以至于
想象通常会接受这个梦幻，这个出现在积极的夜晚
、深邃的夜晚、潜进的夜晚、进入各种事物中去的
夜晚的梦幻。此时，夜不再是一位蒙着黑纱的女神
，也不再是帷幕，遮挡着大地和大海；夜是夜晚，
夜是一种实体，夜是夜间的物质。物质的想象控制
着夜。正如水是最适合用来混合的实体，夜会深入
水里，使湖底失去光泽，会浸润池塘。有时，夜的
渗透是如此深入，如此隐秘，以至于在想象中，池
塘在白昼依然保留了一点夜间物质，一点实体性的
黑暗。（《水与梦》，137页）
我们接受这个假设：所有的黑色形象都拥有它
们各自的特殊性，这个特殊性源自黑理念在想象中
的转换，但是这些黑色形象都具有同一个想象元素
的性质，即我们称之为“黑暗”的夜晚物质。
由于巴什拉感受到了黑暗元素的丰富和强大，
他甚至创立了一个系统研究黑色形象的项目：“如
果我们能将所有的黑色形象集中并分类，我们想象
可以整理出很好的文学素材……”（《土地与对静
息的遐想》，1948年，90页）。他虽然并没有完全
考虑过将物理学里的黑理念当作遐想的动机，可却
注意到了和这些理念相符合的众多黑色形象的特殊
性：布满星星的夜空的透明的黑，身体内部的黑，
旋涡令人眩晕的黑，炼金术士在黑暗中完成的作品
所包含的可变的黑，黑暗中隐藏的神秘的黑。他的
这些直觉先于我们的研究，我们发现，在我们始于
物理学的遐想和他始于文学素材的遐想之间存在着
共鸣。当然，我们不会仅仅局限在这种共鸣中，我
们将探索我们的文化带来的所有相关启示。

黑色的夜空，几百年来让天体物理学家们魂牵梦萦；黑体辐射的研究孕育了随后的量子革命；黑洞一直是宇宙中最富魅力的独特存在；暗物质与暗能量则是当代宇宙学里最神秘的假说……
黑体、黑洞、暗物质、暗能量——为什么物理学家喜欢用“黑暗”一词来形容这些晦涩的科学发现呢？这个问题引导我们回顾物理学历史，思考其中的一些关键点。
罗兰·勒乌克和文森特·博滕斯著的《给好奇者的暗黑物理学(精)》通过追溯这些物理概念的发展演变史，深入探究“黑/暗”在不同的领域分别代表了什么，试图在物理的复杂性中驱散黑暗，让人能够从物理学的“黑概念”里得到收获与启发。