每四年就會出壹個世界杯冠軍，出壹大堆奧運金牌，每年都有十幾個人拿諾貝爾獎。而有些英雄壯舉，在人類文明史上只能發生壹次。
1610年，也就是明萬歷三十八年，伽利略用六個星期寫了壹本書，叫《星際使者》。這本書介紹了伽利略用世界上第壹臺望遠鏡看到的東西。他告訴人們，天空中有無數的星星遠離地球，月球上有山脈，木星有自己的衛星，金星有相位，太陽有黑子——這些證據表明，太陽可能只是壹顆普通的恒星，我們看到的所有行星都圍繞著太陽旋轉。
當時人們認為所有的天體都是圍繞地球旋轉的光滑球體。說到改變人們宇宙觀的書，沒有人能超越《星際使者》。
廣義相對論在1919之後很快成為天文學家的常規工具。它比望遠鏡復雜得多，它帶來的天文發現壹個個慢慢出來。
但是，廣義相對論告訴我們，這個宇宙的消息和星際使者壹樣令人震驚。比如黑洞。黑洞有什麽神奇的？從廣義相對論最基本的假設出發，壹步步演繹出壹個不可想象卻又詩意的情境。
廣義相對論也有時間膨脹效應。空間嚴重彎曲的地方，也就是引力場強的地方，時間會比引力場弱的地方慢。用普通人的話來說，就是在高處的時間會比在地面快。
要理解這壹點，妳首先要知道物理學中有壹種現象叫做“多普勒效應”。下面的推理過程很有意思，不要錯過愛因斯坦精妙的思想！
多普勒效應是指對於壹個波來說，如果它向妳走來，由於每個周期變短，它的頻率就會增加；如果它離開妳，頻率就會降低。
比如壹列火車向妳駛來，妳會聽到它更尖銳的汽笛聲；當火車離開妳的時候，汽笛聲變低了。
光波也是如此。我們現在知道光速是恒定的，但是光的頻率是可以改變的。如果發光點正向妳走來，那麽光的頻率會顯得更高，也就是說當妳看到它的時候，光的顏色會變得更藍。這就是所謂的“藍移”。而如果發光點正在離開妳，光的頻率會變低，顏色會變紅，這就是所謂的“紅移”。
正是通過紅移和藍移，天文學家可以判斷宇宙中哪些恒星正在離開地球，哪些正在飛向地球。
說到這裏，有壹個物理學家喜歡的冷笑話。美國物理學會曾經得到壹個紅色的保險杠貼紙，上面寫著
我不知道妳是否能感受到其中的妙處。總之，妳可以通過光的顏色變化來判斷光源和妳的相對速度關系。
現在讓我們回到自由落體電梯裏的思想實驗。我們想象電梯從地板向天花板射出壹束光。讓我們考慮兩種情況。
場景壹，電梯處於壹個沒有任何重力的空間，勻速直線自由運動。那麽我們可以想象，這束光應該是既不紅移也不藍移的，就像現在這樣。
第二個場景，電梯在地球引力場中自由落體，會有壹個從上到下的加速度。天花板將朝著剛剛離開地板的光波加速。當然，天花板看到的光速還是壹樣的——不過，天花板會註意到這束光有藍移。
好吧，這是個問題。根據等效原理，場景1和場景2中電梯裏的物理應該是完全壹樣的，也就是說無論妳做什麽實驗，妳都不會發現兩者有什麽不同。第二場的藍移是怎麽回事？
壹般人想到這可能會說，啊，這說明等效原理是錯的——所以壹般人不是愛因斯坦。愛因斯坦相信等效原理。
所以愛因斯坦說第二個場景應該看不到光的藍移。為了做到這壹點，場景2中的引力場必須提供壹個紅移來抵消加速運動引起的光的藍移！
為此，愛因斯坦要求引力場——或者彎曲的時空——必須有壹個性質:它必須有壹個紅移！這就是“引力紅移”。
也就是說，在引力場中，恒星從高處發出的光會有自然的紅移。
也就是說，同樣壹束光，我從高空看，會感覺到它的頻率變慢了。
也就是說，如果妳在地上做壹件事，我從高空看妳，我會認為妳在做慢動作。而且妳看我趴在地上，會以為我在做快動作。
那意味著妳比我大。
也就是說，引力可以導致時間膨脹。
近地引力紅移導致的時間膨脹與高度成正比，離地越高時間流逝越快。
這個效果有多準？妳拿兩個表調好的原子鐘，壹個放在地上，壹個放在幾十米高的建築上——妳能發現它們離開時的差別。因為巴黎和倫敦的海拔高度不同，所以他們的時差是每天1納秒！物理學家也曾向太陽附近發射衛星驗證廣義相對論的時間膨脹效應，結果與理論相符。
GPS衛星距離地面較遠，時間膨脹效應很強，計算時間必須考慮廣義相對論的修正。沒有這個修正，定位精度會差十公裏！這也是普通人可以直接使用廣義相對論的例子。
我們也可以完全解釋前面提到的孿生效應。為什麽哥哥壹轉身發現地球上的姐姐突然老了很多？因為哥哥的掉頭是壹個劇烈的加速運動，而加速運動相當於壹個強大的引力場。哥哥在大質量天體表面，姐姐站在高處看著哥哥——姐姐感受到了引力紅移。
這樣，住在山頂的人比住在山腳的人衰老得更快。說起來，經常在天上飛的飛行員和空姐因為高速運動比我們年輕壹點也不壹定是真的——要看高速變年輕和高速變老這兩種效應哪個更強。美國國家標準局的科學家做過研究，說即使是每小時40公裏的速度或者30厘米的高度，也足以對原子鐘產生可測量的影響——而對於普通的飛行來說，高度的影響略大於速度。飛行壹千萬英裏的人比地面上的人老0.059秒？
當然，所有這些影響在地球上，包括整個太陽系都不明顯。生活在高海拔地區，妳完全不必感到遺憾。就連太陽的引力也不強。
恒星的質量越大，體積越小，它對周圍空間的彎曲就越大。所謂“黑洞”，就是它把周圍的空間彎曲到連光都出不來的程度。
黑洞和行星邊緣的光圈，圖片來自電影《星際穿越》。
從外面看，黑洞本身是壹個…黑洞。但是如果黑洞附近有其他物質，比如星際氣體或者帶電粒子，妳會看到它周圍有壹個光圈。那些光是帶電粒子加速運動的輻射。
下圖是普通恒星、大質量小體積中子星、黑洞對時空的彎曲——
霍金講過很多黑洞，這裏就不贅述了。但是妳需要知道壹個概念:“視界”。所謂事件視界，就是壹個分隔黑洞內部和外部的邊界。在活動視界之外，至少光可以離開黑洞；無論什麽進入活動視界，都永遠無法逃離黑洞。
好了，現在我們來思考壹件特別有詩意的事情——別的地方不會給妳這樣的感覺:掉進黑洞是壹種怎樣的體驗。
比如妳去壹個黑洞，我坐在很遠的飛船裏看著妳。
因為強烈的時間膨脹效應，當妳接近黑洞的時候，我會看到妳的動作越來越慢。妳會比我大！
接近黑洞並不壹定意味著掉進黑洞。事實上，因為黑洞的尺寸往往比較小，所以不容易掉進去。妳可以把黑洞想象成壹顆普通的行星，妳繞著它轉了好幾圈。妳處於自由落體狀態，不會感到任何不適。但是因為黑洞的引力場太強，妳的轉身在我眼裏太長了。如果妳轉了兩圈回來找我，我可能已經老死不相往來了，妳回來的時候還是個少年。
但如果妳覺得繞外圍兩圈還不夠，還想進入視界看看黑洞內部的情況，那就麻煩了。
在事件視界上，妳的時間膨脹將達到無窮大。
換句話說，當妳掉進黑洞時，我看到的是妳越走越慢，最後妳的身影會永遠留在事件視界裏。我覺得妳永遠不會搬到那裏去...妳的形象將永遠留在我的世界裏。妳的瞬間是我的永恒。
但是時間膨脹是相對於我而言的，妳自己不會感覺到，妳只會自然而然的掉進黑洞。過了視界就不會覺得有什麽奇怪了。黑洞沒有在邊界線為妳舉行歡迎儀式。妳還可以看到黑洞內部的光，在妳眼裏視界內外沒有區別。
然而，這是壹條不歸路。妳會被黑洞殺死。但是妳沒有撞到地上死掉。黑洞彎曲空間如此之大，以至於妳身體下部的重力比妳身體上部的重力強得多，這種重力差異會把妳撕裂...
我們無法直接觀測到黑洞，但我們可以從它附近恒星的運動方式來判斷它的存在。天文學家有足夠的證據在宇宙中發現許多黑洞。
所有關於黑洞的知識都被其他物理學家研究過，愛因斯坦沒有回頭看相對論引發的爆炸。他只想做最重要的研究。下次再說吧。