我们不相信时间旅行，也不喜欢神秘主义。但是，如果我们能给阿尔伯特·爱因斯坦写封信，在几段中告诉他关于引力和黑洞的情况，会怎么样？我们会写类似这封信的东西。
Steven Gubser和Frans Pretorius
普林斯顿大学物理系
2017年7月
D艾伯特，
首先，你是最棒的。物理学中大家都知道的一个等式是E=mc2..时间杂志称你为世纪风云人物。爱因斯坦的笑话不再多说了，因为每个人都能看到一英里外的妙语。我们拥有数以百万计的核武器，但我们还没有引爆自己。事实上，二战结束时投下的原子弹是唯一用来故意杀人的。
现在我们对广义相对论和黑洞非常感兴趣，因为一个叫做LIGO的大型仪器探测到了十亿年前黑洞碰撞产生的引力波。我们写了一本关于黑洞的书，因为我们知道你们对Schwarzschild的解决方案非常感兴趣，有时可能不确定它的物理意义，我们想我们会告诉你们，在你们去世60多年后发生了什么。
每个人都对广义相对论印象深刻。
首先，史瓦西解中有一个叫做视界的东西。如果你走在它后面，那么你就不能再出来，除非你的速度超过光速。如果你还记得史瓦西解的形式，当半径等于质量到牛顿耦合的一个因子时，会有一些奇怪的特征。特别地，度量的时间-时间部分消失了——我们现在称之为延时函数。这就是视界的位置。史瓦西解在半径为0时也有奇怪的特征，我们最好的理解是，这些奇怪的特征标志着一个时空奇点，在那里几何本身就失效了。如果你进入史瓦西黑洞，你一定会遇到奇点，但我们不知道接下来会发生什么，甚至不知道“接下来”是否是个好词。
我们希望你们能在你们去世后的20多年里看到所有关于广义相对论的工作。约翰·惠勒是这一切的中心人物。(我们认识他!他一直住到2008年，在普林斯顿和我们一起度过了一段时间。)他推广了“黑洞”这个术语来描述史瓦西解和相关度量。一个名叫罗伊·克尔的新西兰人发现了一个概括的史瓦西度规，它描述了一个旋转的黑洞。这是一个相当复杂的度量!它很重要，因为它描述了坍缩恒星的最终状态，它们总是有一些非零角动量。
我们现在很确定宇宙中有很多黑洞。就像钱德拉塞卡、托尔曼、奥本海默和沃尔科夫在三十年代所说的那样，如果你把太多的质量放在一起，没有什么能支撑住它。很难计算出确切的数字，但如果在一颗恒星耗尽其所有核燃料后，仍有大约三个太阳质量，它将坍塌成一个黑洞。更令人惊奇的是，在星系中央有更大的黑洞。银河系的中心有一个黑洞，它包含大约400万个太阳质量。我们不是在开你的玩笑！现代的共识是许多星系的中心都有更大的黑洞，可能包含数十亿的太阳质量。我们不确定这些黑洞是如何形成的，但就银河系而言，我们可以通过追踪单个恒星的轨道并观察黑洞引力的影响来确定它的存在。
LIGO对引力波的探测非常棒。激光干涉引力波天文台是一个巨大的迈克尔逊干涉仪，直径为4公里。LIGO是激光干涉仪引力波天文台的缩写。激光是一种令人惊叹的单色光源，它的聚焦和能量如此之强，以至于我们可以用它来焊接金属，但它的成本如此之低，以至于我们用它来代替电针，制造现代的电唱机。我们还没有会飞的汽车，但激光相当漂亮。无论如何，ligo刚刚为一个严肃的科学运行做好准备，就在这时出现了这个完美的引力波形式，他们几乎是意外地发现了这个引力波形式，并能够匹配描述两个黑洞合并的模板，每个黑洞的质量都是30倍太阳质量。
就好像量子理论是广义相对论的一个投影!
每个人都再次对广义相对论印象深刻，因为它成功地描述了黑洞附近的强场区域，在那里时空几乎被撕裂成碎片，以及远场区域，引力波是在时空中滑行的最微弱的低语。
你的另一个想法是宇宙学常数。尽管你称它为你最大的错误，但我们现在认为它只是对你的场方程的一个小小的修正。事实上，这在大尺度上很重要:除非宇宙中70%的能量来自宇宙常数，或者至少我们称之为“暗能量”的东西，其行为与宇宙常数非常相似，否则天文学家无法解释宇宙最近的演化。当你第一次引入宇宙常数的时候，你希望保持宇宙的静态，但暗能量开始加速宇宙进入指数膨胀的轨道。在另一个方向上，对统一理论的追求导致了对负宇宙常数的时空的深入研究。具有负宇宙常数的五维广义相对论自然地与四维时空边界上的量子理论相联系。就好像量子理论是广义相对论的一个投影!
我们现在确信量子理论是正确的。(抱歉)。一位名叫斯蒂芬·霍金的英国物理学家指出，量子理论暗示黑洞会发射辐射，尽管是在非常低的温度下。黑洞也有一个巨大的熵，尽管作为场方程的解几乎是唯一的。如果能让你好受点的话，你和波多斯基和罗森一起写的论文很重要。如今，人们甚至试图用与那篇论文相关的想法来建造量子力学计算机。
普林斯顿大学的很多教授都不打领带上班了，但我们大多数人都穿袜子。卡内基湖一如既往的美丽。我们在那里看不到很多水手，但有一只鹰在湖边筑巢。我们还没有找到统一场论，但我们仍在努力。最好的还在后头。
真的，史蒂夫和弗兰斯
Steven S.Gubser是普林斯顿大学的物理学教授，也是本书的作者弦理论的小书。
Frans Pretorius是普林斯顿大学的物理学教授。
摘自《黑洞小书史蒂文·s·古布瑟(Steven S. Gubser)和弗兰斯·普里托利乌斯(Frans Pretorius)著。版权所有©2017 Steven S. Gubser和Frans Pretorius。由普林斯顿大学出版社出版并经许可转载。
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