宇航员说宇宙：黑洞中的魔鬼（宇宙之宿命，读懂宇宙史，解开黑洞谜，德国《明镜》周刊畅销作家）

1.德国《明镜》畅销作家——宇航员乌尔里希·沃尔特高分著作！

2.中国科普作家协会工业创作委员会推荐科普读物！

3.关于宇宙、黑洞、平行世界、外星人……所有你想知道的，全解答！

4.宇航员告诉你宇航员与太空旅行者的区别！

5.宇航员为你细说看不见的宇宙发光体——黑洞是如何被发现的。

6.人类的存在是巧合还是必然？平行世界真的存在吗？踏上黑洞的地狱之旅，真的能延长青春吗？作为宇航员乘坐宇宙飞船前往黑洞，有什么不为人知的发现？不断膨胀的宇宙还会再次坍塌吗？一切答案尽在书中！

7.引力、暗物质、暗能量、虫洞……让复杂的天文知识转化为一个个趣味盎然的小问题！

乌尔里希·沃尔特以宇航员的视角，以宇宙大爆炸作为起点简述了宇宙的前世今生；并借助爱因斯坦的广义相对论，首次以数学的方式还原在宇宙最邪恶的地方黑洞之外发生的事——时间、空间由于每个人的速度或当下所处引力场强度不同而被拉伸或压缩。此外，沃尔特还对一些我们日常感兴趣的话题进行了解答，包括平行世界的存在、与外星人的交流、登月大骗局……

乌尔里希·沃尔特（Ulrich Walter），德国宇航员、自然科学博士、物理学家、慕尼黑工业大学空间技术学教授。1993年4月，沃尔特与其他6名宇航员一起乘坐哥伦比亚号航天飞机进入太空飞行了10天；1994年，担任德国航天航空中心遥感数据大型项目负责人；1998年，担任IBM开发实验室项目经理和首席顾问；2003年3月起，沃尔特担任慕尼黑工业大学空间技术系主任，并在空间技术和系统技术领域进行教学和研究。

目录
前言  1
太空在摇滚！  6
宇宙是如何从无到有的？ 11
宇宙大爆炸——在此之前发生了什么？ 12
宇宙大爆炸——在它之后发生了什么？ 17
发现大爆炸的回声——耸人听闻的发现还是无事生非？  22
我们宇宙的简史  27
爱因斯坦的理论及其证据 31
简说爱因斯坦的广义相对论 32
爱因斯坦三部曲——没有什么比光飞得更快！ 38
爱因斯坦三部曲——双生子悖论 43
爱因斯坦三部曲——星系是否正以超光速移动？ 49
2∶0对爱因斯坦——引力波证明相对论 54
宇宙的基础 59
宇宙——如何为我们而生？ 60
太空中有多热？ 66
什么是引力？ 70
什么是暗物质？  75
什么是暗能量？  79
天体为什么旋转？ 83
天体为什么自转？ 86
简说黑洞  90
简说虫洞  96
负能量可以稳定虫洞吗？ 101
我们平坦的宇宙有多大？ 106
空间曲线——我们的宇宙是什么样子的？ 111
发现类地行星，外星人在哪里？ 117
我们海洋中的水从何而来？ 123
宇宙的终结——宇宙大撕裂 127
万物的终结——假真空？ 131
平行世界存在吗？——弦理论 135
平行世界存在吗？——实验 140
我们何以是我们且只能是我们？ 145
人择原理 146
在宇宙的家中 152
我们在宇宙中是否孤独？ 158
外星人在哪里？ 163
我们并不孤单！ 170
外星人长什么样？ 175
为什么十年内出现外星人存在的证据是完全不可能的？ 186
外星人入侵的“真实”情况 192
为什么我们永远不会和外星人交流？ 198
“您现在正在离开地球”——我们的太阳系  205
我们登陆过月球吗？——登月大骗局的起源 206
我们登陆过月球吗？——显然是的！ 210
谁拥有月球？ 221
给自作聪明者的小贴士 226
火星地球化 227
第一次载人火星任务何时到来？ 232
火星一号任务——这是什么？ 238
美国国家航空航天局的火星计划——从阿波罗计划到今天的
起起伏伏 245
您应该记下 2048 年 8 月 2 日，因为 251
一位宇航员对《火星救援》的看法 258
冥王星的神奇世界 266
提示 274
作者简介 276

前言

宇宙像是地狱，相比之下，地球更像是一座幸福的岛屿。在太阳内部，氢原子在 4000 万摄氏度条件下发生聚变；而在更大的恒星内部，超新星爆炸时中心温度最高可达 100 亿摄氏度——这是真正的地狱。在这一高温条件下，恒星只有凭借自身巨大的引力维系平衡方能避免坍塌解体的命运。
然而，在堪比地狱的宇宙中最邪恶的地方当数黑洞。“黑洞”不但名字听起来令人毛骨悚然，而且在黑洞里发生的事亦远超过我们的想象。为方便理解，我将在本书中把那些晦涩难懂的事物与我们熟知的事物进行比较。但现实比这要复杂得多。
以爱因斯坦的相对论为例（参见本书“爱因斯坦三部曲”三篇文章），借助该理论我们首次以数学方式还原在黑洞之外发生的事。其中包括，人们感觉时间在每个人之间的流逝速度是一致的，但其实时间会由于每个人的速度或当下所处引力场强度不同而被拉伸或压缩。空间亦如此。尤其在黑洞附近，空间和时间被极度扭曲。我们无法想象，因为我们自己就是这个空间的一部分并随之变形。要理解这一点，我们可以试着想象：一个平面人生活在一个星球表面内（而不是
其上！），该星球表面是弯曲的，平面人又是星球表面的一部分，所以他也是弯曲的，但他自己没有意识到这一点，只有局外人才能察觉到他的弯曲。

黑洞，和针尖一般大小！
空间的无限弯曲，会引发一些惊人现象。太阳的体积是地球的 140 万倍。如果把地球看作一颗豌豆，那么太阳的直径大约有 1 米。在这一情境下，再把 400 万个太阳想象成一个大质量球体，此时它的直径可达 160 米。但实际上，该球体的直径长达 1 亿千米！位于银河系中心的黑洞的质量正好是太阳的 400 万倍。但是黑洞周围的空间被无限压缩，因此并未形成一个直径为 1 亿千米、质量为太阳 400 倍的星球，而是压缩为针尖大小的一个点。质量是太阳数十亿倍的黑洞居然只有针尖那么小！这难道不可怕吗？直到最近几十年，我们终于通过 ( 更 ) 小规模的实验基本上确认空间和时间是会收缩的，这才验证了这一惊人的事实。换言之，爱因斯坦是对的。

魔鬼般的探索之旅
同样可怕的是，作为宇航员乘坐宇宙飞船前往黑洞。但这也许与人们想象的有所不同。人们在黑洞中会看到些什么呢？让我们假设，它是我们银河系中的黑洞。从很远的地方我们就会看到一个直径约为太阳 17 倍大小的黑色球体。该球
体不是黑洞本身，而是它的表面，即所谓的事件视界，它遮住了黑洞中心点。这个黑色的球体是什么？在其内部又发生了什么？我们马上就会看到。
此外，我们还会看到一个星环中的发光物质在很远的地方绕着黑洞旋转并慢慢地接近这个洞。这种物质，即被撕裂的恒星残骸，越靠近洞，就会越明亮。大恒星在很远的地方就会被撕裂，像地球这样的小天体则在较远的未来才会被撕裂。
现在一切都还好。
如果我们进入距离事件视界 2400 万千米的轨道（大约是水星和太阳之间距离的一半），那我们就要非常小心了。因为这个距离是我们拥有一个稳定轨道的上限。在这个距离内，我们以自由落体方式绕着黑洞飞行，无须任何操作。但是我们其实几乎是以光速飞行，平均每 12.5分钟就会绕着黑洞飞行一圈。

进入黑洞的地狱之旅
如果我们进一步接近这个洞，我们将踏上一段不可逆转的地狱之旅。首先我们的轨道会变得极不稳定，这意味着我们必须不断发动引擎来维持轨道的平稳运行。如果我们不这样做且已到达距离事件视界 600 万千米的地方，那么即使是
最好的驱动器也将没有任何用处，我们将不可避免地掉入黑洞。在这个距离上，即使光都不能直线飞过黑洞，而是会绕着黑洞旋转，约每 6.5 分钟绕行黑洞一圈。但是，仍然有光可从黑洞中逃逸。当我们抵达事件视界时，这一切也都结束了。我们连同围绕黑洞旋转的一切，包括光，不管它最初是如何飞行的，都将掉入黑洞，并且再也不会被看到。这就是为什么黑洞周围的黑色球体看起来是黑色的。如果连光都无法逃离这个球体，那么就不会有光从黑洞中射向观察者的眼睛，于是该区域看起来一片漆黑。
然而，我们注意不到自己已身处黑色球体之内，因为新的光线不断落在我们的头顶和身侧，照亮了我们的四周。随后一切都将发生得极快，仅在几分之一秒内，航天飞机被潮汐力撕裂，由于飞行方向上重力增加，我们的身体会被撕碎。
最后，碎片溶解成单个原子，随之又被分解成单个基本粒子并聚集在黑洞中心，400 万倍的太阳质量被储存在其中并持续增长。再之后的事，我们便无从得知了。
黑洞永不满足，随着时间的推移，它们会变得越来越重，直到最终它们吸光宇宙中的所有物质。只不过，要到那时，还需要很久、很久，约达数十亿年。在那之前，让我们先来看看宇宙中的其他奥秘。
请您与我一起开启一场宇宙探索之旅吧 !
乌尔里希·沃尔特 D-2 宇航员

1.乌尔里希·沃尔特是我们的登月人，没有人能以如此生动有趣的方式向我们解释太空的魅力。
——德国著名脱口秀主持人、气象专家约尔格·柯查曼（Jörg Kachelmann）

2.乌尔里希·沃尔特是为数不多的拥有真正太空经验的德国人之一，他回答了人们在这方面的所有问题。他的新书让任何想多读点书，多学点知识的人都能如愿以偿。
——德国著名主持人克尔纳·特雷夫（Kölner Treff）

太空公司是如何赚钱的？
然而，如按照国际标准，这一徽章毫无价值（参见“谁拥有月球？”一节），就像你可以从美国人丹尼斯·霍普（Dennis Hope）那里购买月球上的土地并获得土地证书一样。根据美国法律，这并没有问题。但是根据国际共识，即《外空条约》（Outer Space Treaty），地球以外的领土主张都是无效的。
我收到过那些购买此类太空旅游的太空游客发来的愤怒邮件，他们作为太空游客进入了太空几分钟并获得了“宇航员之翼”徽章作为回报，但是他们仍然不算宇航员，不被太空探索者协会所认可接纳。可见，太空探索者协会的要求确实非常严格。

成为一名游客宇航员的成本
当然，也有太空游客去过国际空间站并进行了多次绕地飞行，他们也因此成了太空探索者协会会员。2015 年就有两位太空游客，美丽的阿努什·安萨里（Anoushi Ansari）和富有的理查德·加里奥特（Richard Garrioto），成为协会会员。值得一提的是，理查德·加里奥特正是著名的阿波罗宇航员欧文·加里奥特的儿子。欧文·加里奥特还一直出席太空探索者协会的所有会议。加里奥特一家总是以两对夫妻组成四人组出席太空探索者协会会议。此外，金钱对于国际空间站的游客来说也很重要，因为目前飞往那里要花费 4500 万美元。能用零花钱就可购买太空飞行的人是让人羡慕的。然而，成为一名专业的宇航员并且不用为太空飞行支付任何费用也是不错的。
太空探索者协会的传统是在执行过载人航天飞行任务的宇航员所在国家举办会议。2015 年，太空探索者协会宇航员克里斯特·富格莱桑（Christer Fuglesang）应邀前往瑞典。我们于 9 月 20 日在斯德哥尔摩大酒店相聚，会议持续了四天，其间我们包下了整个第六层楼。会议日程包括参观瑞典皇家理工学院，我们在那里和学生们就与太空相关的诸多课题展开讨论；在酒店对面的城堡中，卡尔·古斯塔夫国王及其女儿维多利亚公主接见了我们并与我们握手致意；此外我们还完成了年度任务中最重要的部分——社区日。