|作 者：徐仁新

(北京大學(xué)物理學(xué)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(xué)；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(gòu)成現(xiàn)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(xué)“新范式”——粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型，成功地描述電弱和強(qiáng)相互作用；而廣義相對論涉及萬有引力，關(guān)注時空這個“舞臺”。在探索宇觀現(xiàn)象時，標(biāo)準(zhǔn)模型與廣義相對論的結(jié)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(zhì)由原子(本質(zhì)上是原子核和電子)構(gòu)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(diǎn)定理”闡述這樣一個消極的世界觀：將廣義相對論應(yīng)用于宇宙、恒星等動力學(xué)演化時一定會出現(xiàn)時空奇點(diǎn)，即宇宙有起始、黑洞必形成。真得嗎？對，這就是客觀實(shí)在！雖然1960年代天文學(xué)家就迫于解釋天文現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(zhì)形態(tài)確實(shí)在宇宙中普遍存在。

其實(shí)，形成黑洞并不容易。像太陽這樣的普通恒星靠內(nèi)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(zhì)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(dāng)?shù)闹凶有恰Ｖ凶有谴嬖跇O限質(zhì)量；當(dāng)核能耗盡后殘骸質(zhì)量超過這一限制時，才能形成黑洞?？梢?，中子星和黑洞都是具有強(qiáng)引力場的致密天體。

廣義相對論認(rèn)為：物質(zhì)的存在導(dǎo)致時空彎曲，而物體在彎曲時空中的運(yùn)動表現(xiàn)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(yù)言了引力波的存在。例如，強(qiáng)引力場雙星互相高速公轉(zhuǎn)時將輻射較強(qiáng)的引力波。因此，致密的黑洞和中子星就成了這類雙星系統(tǒng)的理想成員，它們并合時刻輻射引力波的功率達(dá)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(chǔ)上，作者剖析了宇宙中引力場最強(qiáng)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(shù)學(xué)公式，卻能依據(jù)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(zhì)是引力幾何化，通俗而準(zhǔn)確地理解其中的關(guān)鍵概念尤為重要。雷佐拉在數(shù)值相對論領(lǐng)域耕耘數(shù)載，其作品想必亦裨益年輕同行的教學(xué)和科研。

作者雷佐拉本人是富有感染力的，本書的文字?jǐn)⑹鲆差H具個性。他跟我同齡，恰巧都是在發(fā)現(xiàn)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(xiàng)目(NSFC和DFG)，并且都是子課題“Strong interactions in astrophysics”的負(fù)責(zé)人。雷佐拉擅長雙星并合的數(shù)值相對論計(jì)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(jīng)過項(xiàng)目組在中德兩地的多輪學(xué)術(shù)交流與討論，我們還是鄭重地建議了現(xiàn)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(tǒng)中子星。盡管項(xiàng)目最終未獲得資助，申請過程卻依然實(shí)實(shí)在在地助力了我自身的學(xué)術(shù)發(fā)展。

盡管深刻理解時空的本質(zhì)并非易事，但雷佐拉卻能依據(jù)物理直覺成功地引導(dǎo)讀者至認(rèn)知極限。

如下引述作者對本書的一段小結(jié)，讀者或能有所體會并做好心理準(zhǔn)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(yuǎn)的角落緊密聯(lián)系起來的，這些地方都受到引力的支配。我們已經(jīng)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?yàn)樗仁鼓銈儼l(fā)揮超乎尋常的想象力，并接觸到我認(rèn)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?！?/p>

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(xué)出版社出版的英文版，中國原子能科學(xué)研究院的李歌星博士翻譯成了中文版，由湖南科學(xué)技術(shù)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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期刊介紹

01

《物理》是由中國科學(xué)院物理研究所和中國物理學(xué)會主辦的權(quán)威物理類中文科普期刊，注重學(xué)科性與科普性相結(jié)合，秉承“輕松閱讀，享受物理”的辦刊理念，集學(xué)科大家之力，追蹤物理學(xué)成果，服務(wù)物理學(xué)領(lǐng)域，促進(jìn)學(xué)科交叉，讓科學(xué)變得通俗易懂。已成為我國眾多物理專業(yè)的大學(xué)生、研究生、物理學(xué)家案頭常讀的刊物之一。

作者：眾多活躍在科研、教學(xué)一線的院士、專家。

讀者：物理學(xué)及其相關(guān)學(xué)科(如化學(xué)、材料學(xué)、生命科學(xué)、信息技術(shù)、醫(yī)學(xué)等)的研究人員、教師、技術(shù)開發(fā)人員、科研管理人員、研究生和大學(xué)生，以及關(guān)注物理學(xué)發(fā)展的讀者。

欄目：特約專稿、評述、熱點(diǎn)專題、前沿進(jìn)展、實(shí)驗(yàn)技術(shù)、研究快訊、物理攫英、物理學(xué)史和物理學(xué)家、物理學(xué)漫談、物理教育、人物、科學(xué)基金、物理新聞和動態(tài)、書評和書訊等。

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02

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