e 科普
今年的诺贝尔物理学奖授予了三位物理学家，一半授予了罗杰·彭罗斯，“因为人们发现黑洞的形成是广义相对论的有力预言”；另一半被授予赖因哈德·根塞尔和安德里亚·格特兹，“因为在银河系中心发现了一个超大质量的致密物体”。
彭罗斯是英国的数学物理学家，1965-1970年间，彭罗斯和霍金在一系列工作中证明了奇点定理：只要宇宙中的物质满足一些并不苛刻的条件，那么广义相对论必将导致奇点的出现。
奇点是黑洞的中心点，物质的密度趋于无穷大。因此，彭罗斯的工作表明，根据广义相对论，黑洞的出现几乎是不可避免的。
哈德·根泽尔和安德里亚·格兹是两位观测天文学家。他们通过对银河系中心区域恒星运动的长期观测，推断出银心存在一个超大质量的致密天体。
根据观测数据，他们计算出这个天体的质量大约是太阳质量的430万倍，但它的直径还不到4400万公里。在现有的理论下，黑洞几乎是这个天体的唯一解释。因此，可以认为哈德·根塞尔和安德里亚·格特兹实际上证实了黑洞的存在。
本期“e科普”栏目特别邀请理学院教师葛力对广义相对论和黑洞作简单介绍，以飨读者。
在20世纪众多的物理学理论中，“黑洞”可能是最能引起公众好奇心和想象力的。
自从1969年约翰. 惠勒抛出了“Black hole”这个名词之后，它就屡屡出现在众多科普和科幻作品中，牢牢地吸引了广大读者的注意。
黑洞，顾名思义，是一个黑暗而深的洞穴，任何东西，包括光，都无法从中逃脱。
这种神秘的存在天然就引起了人们的好奇心： 造成这种现象的原因是什么？黑洞的不可逃脱区域有多大？掉进黑洞里面会发生什么？
本文将介绍黑洞概念的早期历史和当代发展，并对这些问题给出简单的回答。
米歇尔--拉普拉斯的“暗星”
1783年，英国天文学家米歇尔首次提出了“暗星”的概念。
我们知道一个星球有所谓的“逃逸速度”：这个星球表面的物体至少要达到这样的速度才能脱离星球的引力束缚。对于地球来说，这个逃逸速度就是第二宇宙速度: 11.2kM/s。
所以不管有没有这样的行星，它表面的光都无法逃脱它的引力束缚。米歇尔采用了当时流行的“轻粒子”假说，将光视为质量粒子，因此利用牛顿力学很容易得到暗星质量和半径满足的条件:
其中 c 是光速，G是引力常数。一个耐人寻味的事实是，暗星半径和后来根据广义相对论算出的黑洞视界半径完全一致，尽管两者的物理解释完全不同。
比米歇尔晚10多年的法国数学物理学家拉普拉斯也提出了同样的概念。但是，因为拉普拉斯比较出名，很多人通常认为他是第一个提出暗星的人。毕竟，拉普拉斯是那个时代的重要科学家。即使面对拿破仑，他也可以从容地说:
“陛下，我不需要那个假设。”
暗星提出后，引起了天文学家的极大兴趣，但几十年后，光的波动理论取代了粒子理论，人们也不知道引力对光波的影响，于是他们对暗星的热情消退了。
广义相对论
现代黑洞理论基于广义相对论。
1915年底爱因斯坦最终完成了广义相对论，彻底革新了人们对引力和时空的认识。
这个博大精深的理论将时间与空融为一体，我们的宇宙——从上到下，从古至今称为宇宙——作为一个整体就是四维时间空，时间t和空之间的坐标共同给出了这个四维几何上一个点的位置。坐标本身不再具有本质意义。如果两个点的时间坐标分别为t1和t2，即使这两个点的空之间的位置相同，位于那里的观察者所经过的时间一般也不会是t2-t1。
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