時空思辨逾世紀，奇點真相看今朝——評《不可抗拒的引力》

|作 者：徐仁新

(北京大學物理學院）

本文選自《物理》2026年第3期

2025年是個非常特殊的年份：一百年前建立了量子力學；一百一十年前誕生了廣義相對論，十年前成功直接探測到引力波。這一年出版雷佐拉(Luciano Rezzolla)科普讀物“The Irresistible Attraction of Gravity”一書的中文版《不可抗拒的引力》，恰逢其時。

2025年11月出版的《不可抗拒的引力》

量子論和相對論構成現代物理的基石。量子論和狹義相對論的融合衍生出量子場論并最終打造了科學“新范式”——粒子物理標準模型，成功地描述電弱和強相互作用；而廣義相對論涉及萬有引力，關注時空這個“舞臺”。在探索宇觀現象時，標準模型與廣義相對論的結合不可回避，也正是這個時代的呼喚。恰逢這一歷史背景下，《不可抗拒的引力》滿足了大眾的期待，將有助于熏陶熱愛天文的青少年成長。

我們熟悉的物質由原子(本質上是原子核和電子)構成，從灰塵、砂粒、小行星到行星、恒星，概莫能外。它們的存在似乎是永恒的，但如果考慮引力的“不可抗拒”性則全然不同。1965年，彭羅斯(Roger Penrose)證明的“奇點定理”闡述這樣一個消極的世界觀：將廣義相對論應用于宇宙、恒星等動力學演化時一定會出現時空奇點，即宇宙有起始、黑洞必形成。真得嗎？對，這就是客觀實在！雖然1960年代天文學家就迫于解釋天文現象的壓力很不情愿地推測黑洞可能存在于X射線雙星和活動星系核心，但是，自十年前發現首例引力波事件GW150914后，人們才真誠地相信黑洞這種奇特的物質形態確實在宇宙中普遍存在。

其實，形成黑洞并不容易。像太陽這樣的普通恒星靠內部核聚變釋能而維持的熱壓力抗衡引力，平均密度跟水差不多。核能耗盡后，質量較輕的恒星演化為白矮星，密度可超過水密度的108倍，而較重的會通過超新星爆炸殘留密度跟原子核相當的中子星。中子星存在極限質量；當核能耗盡后殘骸質量超過這一限制時，才能形成黑洞。可見，中子星和黑洞都是具有強引力場的致密天體。

廣義相對論認為：物質的存在導致時空彎曲，而物體在彎曲時空中的運動表現為引力(與距離平方成反比的牛頓萬有引力只是弱場、低速時的近似)；它預言了引力波的存在。例如，強引力場雙星互相高速公轉時將輻射較強的引力波。因此，致密的黑洞和中子星就成了這類雙星系統的理想成員，它們并合時刻輻射引力波的功率達到極大。

《不可抗拒的引力》一書首先通俗地介紹了愛因斯坦的引力觀，即廣義相對論。在此基礎上，作者剖析了宇宙中引力場最強的兩類天體：中子星和黑洞。作者還闡述了自己積極參與的“第一張黑洞照片”的制作過程，并一般性地解釋了引力波及其探測手段。全書只用了十多個初等數學公式，卻能依據物理直覺向讀者透徹地闡述引力與致密天體的基本知識。廣義相對論的本質是引力幾何化，通俗而準確地理解其中的關鍵概念尤為重要。雷佐拉在數值相對論領域耕耘數載，其作品想必亦裨益年輕同行的教學和科研。

作者雷佐拉本人是富有感染力的，本書的文字敘述也頗具個性。他跟我同齡，恰巧都是在發現射電脈沖星(一類特殊的中子星)那年出生的；誠如書中所言“在那一年出生讓我感到很自豪”。2014年，我們曾作為成員一起以“Phases of strong-interaction matter”為題申請中德合作與交流項目(NSFC和DFG)，并且都是子課題“Strong interactions in astrophysics”的負責人。雷佐拉擅長雙星并合的數值相對論計算，而我則熱衷于奇異星的研究。那個時候，人們對引力波的直接測量還普遍缺乏信心，但經過項目組在中德兩地的多輪學術交流與討論，我們還是鄭重地建議了現在看來并不過時的研究方案：利用雙星并合引力波事件證偽奇異星或傳統中子星。盡管項目最終未獲得資助，申請過程卻依然實實在在地助力了我自身的學術發展。

盡管深刻理解時空的本質并非易事，但雷佐拉卻能依據物理直覺成功地引導讀者至認知極限。

如下引述作者對本書的一段小結，讀者或能有所體會并做好心理準備。

“這本書的目的是展示引力的迷人之處，以及它是如何與我們所了解的周圍世界和宇宙中最遙遠的角落緊密聯系起來的，這些地方都受到引力的支配。我們已經完成了一次虛擬的引力世界之旅，這個引力世界是愛因斯坦在100多年前為我們所揭示的。我可以想到，對你們中的一些人來說，這會是一段令人筋疲力盡的旅程，因為它迫使你們發揮超乎尋常的想象力，并接觸到我認為很難接受的概念，至少在第一次遇到時是這樣。在我20歲開始研究這個理論時，情況是一樣的。但是請不要說我沒有提醒過你，這趟旅程需要豐富的想象力和耐心哦。”

本書最早于2020年以意大利語出版，很快就出版了德語、英語、荷蘭語、希臘語、土耳其語等版本。基于2023年劍橋大學出版社出版的英文版，中國原子能科學研究院的李歌星博士翻譯成了中文版，由湖南科學技術出版社出版。

無疑，作者和譯者的努力付出是值得的！

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