在日食的辉煌之后，广义相对论陷入低潮。就像任何一项人类活动，科学也会受到其主导者情绪波动的影响。科学家们也有他们的风潮，一个流行了数年的话题可能会在一段时间后被人遗忘。在三十来年里，广义相对论已不再引领风潮。
导致相对论暂时无人关注的原因有几个。首先，竞争已然很是激烈。20 世纪初是物理科学的黄金时代，很多惊人的发现接踵而至，以至于研究者都不知道该从何处着手（注：特别是在伴随着核物理学和量子力学发展的微观领域。）。除此之外，还需补充的一点是，爱因斯坦的理论如此精确，因而它几乎是无法实现的。除了水星和日食，相对论的有趣现象要么太过罕见，要么太过遥远，乃至无法观察得到。
直到 20 世纪 50 年代，这种形势才有所改变。新一代科学人将接过火炬，并把探索工作推进到几年前可能看似合理的范围之外。相对论将被证明比预期的要丰富得多。几十年后，科学家将通过这一理论发现新的天体和新的现象，就连素以思维大胆著称的爱因斯坦本人都拒绝相信这些天体和现象。
1952 年，法国数学家伊冯娜·肖凯 - 布吕阿(Yvonne Choquet-Bruhat)首次证明了爱因斯坦的方程有解。这听起来似乎令人难以置信，但广义相对论的技术性极强，甚至在此之前无人能解。老实说，很少有人曾对这些解法的存在有过怀疑，但此前的所有研究都基于爱因斯坦的几何确实存在这一未经验证的假设。这有点儿像古希腊学者们在欧几里得证明正方形存在之前就已经证明了一大堆关于正方形的定理。
实验方面的进展也很迅速。观测仪器的功能越来越强大，技术也在飞快地发展。1987 年，美国天体物理学家杰奎琳·休伊特(Jacqueline Hewitt)和她的团队首次观察到一个奇怪的现象：爱因斯坦环。其原理类似于 1919 年日食的原理，但推向了极致。想象一下，一个天体的质量如此之大，以至于它偏转的光线足以同时从两侧到达我们这里（图 5.27）。
向下的光线向上偏转，向上的光线向下偏转，因此两者都到达了同一个位置。情况甚至更甚，因为我们必须把上图想象成三维的。从地球上看，这意味着我们可以多次看到同一颗星星，它的光从四面八方围绕着中心天体朝我们而来！换句话说，我们看到的是一个环（图 5.28）。
但是，要观察这种宇宙的幻景，中心天体必须具有巨大的质量，远大于太阳的质量。爱因斯坦不相信在现实生活中会有可能看到这种现象。他错了。我们的现代望远镜如今已经能够拍摄到天空中壮丽的光环。实验再次证实了这一理论。
既然如此，我们就把时空的扭曲再向前推进一步。是否有可能想见不仅会偏转光线，而且会将光线困在其几何形状中的天体呢？是否有可能想见，其光线可以像行星围绕太阳运行那样围绕它运行的天体？是否可以想见，光线可以像苹果掉落在地球上那样掉落在其上的天体？简而言之，就是光无法从其中逃脱的天体？
根据相对论的方程，这样的天体在理论上是可能存在的。很多物理学家，比如斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)，都开始研究这些数学造物的特性。鉴于它们巨大的质量，我们可以把它们想象成在时空中凹陷而成的非常深，甚至是无限深的洞。由于没有光可以从中逃逸出来，因此我们无法直接看到这些看起来漆黑一片的天体。1968 年，美国科学记者安·E. 尤因(Ann E. Ewing)使用了“黑洞”(black hole)一词来指称这些天体。几年后，法语中采用了直译的方式，称其为黑洞(trou noir)。
爱因斯坦并不相信黑洞的存在。这位相对论之父只把它们看作与现实毫无关系的理论奇物。然而，从 20 世纪 60 年代开始，一些线索开始表明相反的情况。科学家们怀疑大多数星系的中心，尤其是银河系，有可能存在黑洞。即使无法直接观察到它们，但这样的物体必然会不可避免地在其周围留下线索，比如爱因斯坦环或其他类似的幻景。21 世纪初，大多数天体物理学家开始相信黑洞的真实存在，但还未能进行任何直接的观测。
2006 年，一个大型项目诞生了：事件视界望远镜(EHT)计划。这个计划旨在协调世界上最庞大和最强大的望远镜，以便能够同时观察天空中有可能隐藏着黑洞的区域。该项目需要几年才能收到成效。最终，在 2019 年 4 月 10 日，也就是埃丁顿观测到日食的一个世纪之后，EHT 团队宣布观测成功，并发布了史上第一张黑洞照片（注：你在本书的“了解更多……”部分可以看到这张照片的黑白复制品，但我建议你去互联网上搜索并查看这张照片的彩色版。）。
这张照片是在室女座 M87 星系的中心位置拍摄到的。这个超大质量的黑洞大到超乎想象。它的质量相当于 60 亿个太阳的质量，其直径为 380 亿千米，相当于日地距离的 250 倍。如果地球的大小相当于一粒粗面粉，那么与之相比，这个黑洞的直径就会超过 2 千米！
当然了，你无法真正看到照片中的黑洞。我们所能看到的，是它在一道光环中间留下的空隙，就像一个由它周围所有事物的增强光线形成的超级爱因斯坦环。这个结果绝对令人叹为观止，拍摄到的真实图像与根据方程进行的计算机模拟毫无二致。这一次，结果毋庸置疑：黑洞这个宇宙怪兽确实存在！
生活在一个重大科学发现飞速接踵而至的时代，我们是多么幸运啊！想想看：智人这个物种已经有三十多万年的历史，而我们这一代是首代能够观察到宇宙中最神秘、最超乎想象之天体图像的人。诚然，黑洞的第一张照片是模糊的，但毫无疑问的是，在未来的几年中，技术将变得更加完善，从而让我们能够看到越来越入微的细节。我们很快就会获得更好的照片。但无论如何，2019 年将永远是人类历史上首次观测到黑洞的年份。
我们可以讲述无数关于黑洞的事情，因为这些天体是那么迷人、可怕和充满惊喜。但我想跟你说说黑洞附近的时间会发生怎样的变化。
到目前为止，我们重点关注的是使光线发生偏转的空间的扭曲。但我们不该忘记，在相对论中，时空是一个弹性体，而一切都在一起变形。处在一颗大质量的天体附近时，你看起来更小，但你生命的节奏似乎也变慢了，就好像你的时间流逝得慢了。当然了，从你的角度来看是没有任何变化的，这只是一种时间的地图效应。变慢只存在于外部观察者的视角之中。
这种时间的扭曲存在于所有大质量天体的附近，包括地球。你在海平面上比在山顶上衰老得要慢。当然，我们人类的感官是无法察觉到这种影响的，但为了让我们先进的技术手段能够良好地运作，有必要考虑到这一因素。我们的全球定位系统(GPS)有赖于在地球表面以上 20000 千米的卫星而得以运转，因此，卫星的时间比我们的时间流逝得要快一点儿。准确地说，我们每天都要比这些卫星老 3800 万分之一秒。这个时间听起来可能微乎其微，但按照闵可夫斯基的换算，这相当于 11 千米的距离！如果 GPS 不考虑这种时间的相对性，那么我们的位置就会出现好几千米的偏差。
这种时间的膨胀在黑洞附近达到了极致。黑洞的质量如此之大，以至于在你接近它们时就会出现一个无限变慢的界线。这个界线是黑洞周围的一片区域，我们称之为事件视界。如果你接近并越过事件视界，那么无限的时间在你看来就会是有限的。
这一原理与贝尔特拉米和庞加莱圆盘的边缘是一样的。当你从外部观察时，你看到的是一个有限的圆盘，但圆盘上的居民看到的就是一个无限的空间。同样，如果你朝着事件视界移动，你就会看到周围的世界加速得越来越快。你会看到星系旋转加速，星星在越来越快的转瞬之间诞生和消亡。一切都会越来越快，直到你越过事件视界。在那一刻，你将看到整个宇宙的历史。对你来说，这只会持续几分钟。
回想一下贝尔特拉米圆盘上的生物，想象一下在它们的圆盘之外放置一个点（图 5.29）。你会如何向它们解释这个点在哪里呢？
对它们来说，圆盘是无限的，所以点在圆盘之外、无限之后的某个地方，在一个它们的感官无法企及的区域。
同样，任何越过黑洞事件视界的东西都在我们宇宙的时间之外。它们在那以后生活在永恒之后的某个地方（图 5.30）。而在另一个专属于它们的时间里，生活在黑洞之外的生物即便永生也无法企及这个时间。
于是，我们会合理地想要知道，如果我们在一个方向越过事件视界之后从另一个方向再次越过事件视界并回到宇宙中，会发生什么。当永恒已经过去，我们会在那里找到什么呢？答案很简单：这种回返是不可能的。一旦越过黑洞的事件视界，没有任何东西会从黑洞中出来，就连光也不会。这个答案可能令人沮丧，但这种不可能确保了爱因斯坦理论的一致性。在事件视界之外，我们进入了一个有去无回的时空区域，这个区域和宇宙的其他部分分离开来，那里的事物以截然不同的方式运作。这种无限的时间扭曲是黑洞的一个奇特之处，但远非唯一的奇特之处。
引力波之于时空就像波浪之于海洋。想象一下太阳打嗝，并时不时在太空中惊跳几下。由于它的质量扭曲了时空，这些“嗝”就会在其周围产生一圈圈传播开来的几何状波。有点儿像水中的涟漪。于是，欧几里得的定理将开始随着这颗恒星惊跳的节奏振荡。如果我们试图画正方形，那么根据循环的时间，我们的尝试大体上都会失败（图 5.31）。
太阳不大可能会打嗝，但空间中存在的一些周期性现象可以产生这样的波：当两个大质量的天体相互绕行时。在我们的银河系中有许许多多的双星系统，它们以永恒相互绕行的方式共同存在。可惜的是，我们知道的所有恒星都太过遥远，无法从地球上探测到它们的波。就像水中的涟漪，引力波随着距离的增加而逐渐消失。
但想象一下我们可以找到两个相互绕行的巨大黑洞。相对论预测这两个黑洞会旋转得越来越快，从而靠得越来越近，直到在一次超乎寻常的大碰撞中合二为一。这样的碰撞该会产生现象级的时空波！规模大到让我们有了可以探测到它们的希望。
爱因斯坦早在 1916 年就用他的理论预言了引力波的存在，但再一次，直到一个世纪之后，技术才发展到可以观测到引力波的水平。21 世纪初建成的激光干涉引力波天文台(Ligo)和室女座引力波天文台(Virgo)就是为了这一目的而建造的。前者位于美国的华盛顿州和路易斯安那州，后者位于意大利，毗邻伽利略的出生地比萨。这两款探测工具在操作上并没有新奇之处，它们的建造原理与迈克耳孙和莫雷在 19 世纪用来测量光速的仪器的原理一样。不同的是，这两款探测器的体量要大得多：它们的长和宽都达到 3 至 4 千米！
与我们想象的不同，这种装置并没有瞄向天空。这只是一种被封在由镜子组成的隧道中的装置，在镜面上反射的激光束可以极为精确地测量距离。如果有引力波在此通过，这个装置就能探测到几何形状的变化。待装置就位后，我们能做的就是等待和希望。
最终的结果在 2015 年 9 月 14 日 9 时 50 分 45 秒出现了。在 1/5 秒里，也就是在一眨眼的工夫都不到的时间里，这一装置记录下时空的一次微小振动。再一次，实验给出了与爱因斯坦理论的预测完全一致的结果。
从收集到的数据可以推断出，距离地球超过 10 万亿千米的两个黑洞在被天文学家称为麦哲伦云的某个地方融合。事实上，这一碰撞在很久以前就已发生。引力波以光速传播，花了十多亿年才到达我们这里。振动的幅度和形状让我们得以计算出这两个黑洞在融合前的质量分别为 36 个和 29 个太阳质量。由此产生的单个黑洞的质量相当于 62 个太阳质量。你可能已经注意到，36+29 并不等于 62。少了的那 3 个太阳质量去哪儿了？根据方程 公式图 ，它们转化成了能量！这 3 个蒸发掉的太阳质量提供了足够的能量来形成强大的引力波，好让这些引力波能够穿越十多亿年来到我们的地球，并让我们得以在地球上探测到它们。
人们往往很难想象我们的技术在近几年所取得的非凡进步。你还记得布给和孔达米纳在秘鲁成功地以 0.02% 的精度测量子午线弧度的壮举吗？仅仅三个世纪之后，Ligo 探测到的距离变化就达到了相当于每 4 千米有千京分之一毫米偏差的精度，即 0.00000000000000000003 %的精度。按照同一比例，就好比我们可以对银河系进行精度达到约 3 厘米的测量！换句话说，如果我们绘制出和银河系一样大的巨型几何图形，并对其应用欧几里得的定理，那么引力波的通过就会让我们的结果的准确性出现大约 3 厘米的波动。这堪称毫厘之差，我们却成功地探测到了这一差异。
此次探测结果不仅是对广义相对论的极度准确的新确认，而且还标志着科学史上前所未有的转折点。人类第一次成功地创造出一种感知世界的新方法。引力波既不是我们看到的图像，也不是我们听到的声音，更不是我们尝到的味道。没有任何一种动物具有感知它们的能力。引力波是一种新的感知。
在 2015 年 9 月 14 日之前，我们对遥远宇宙的一切了解都归功于光。我们通过可以感知不为肉眼所见的颜色的设备拓展了自己的目力，但所有这些设备除了捕捉光线外别无他用。而现在，我们第一次以一种全新的方式感知到了黑洞。在牛顿的数学发现了一颗行星的地方，爱因斯坦的数学发现了一种甚至在几代人之前都无法想象的感知。在这个实验中，黑洞几乎是次要的！重要之处在于其他。就在那一天，一门新的科学诞生了：引力波天文学。而谁又知道这门新的科学将告诉我们什么呢？
回顾我们的科学史，我们会看到，短短几个世纪以来取得的巨大进步令人叹为观止。我们——智人，成功收集到的大量知识令人印象深刻。但想到还有我们肯定仍然不知道的一切潜在之物，那就更让人感到惊诧了。有多少东西是我们没有看到的？牛顿、欧几里得、佩亚诺、布给、纳皮尔、尼普尔的书吏，还有我们所有的祖先，都曾在他们的生活中被引力波穿越而过，但一刻都未曾想象过这种现象真的存在。那么有多少事件（或远或近的）已经存在，却仅仅因为我们没有能力感知和设想而不为人所知？有多少问题仍在等待着人类去解答？有多少证据明明就在我们眼前，而我们却不知道如何看到？
让我们保持耐心和好奇心，让我们慢慢品味无知的快乐，让我们不带愧疚地享受欺骗人的感官，适应有时会对人撒谎，有时会在黑暗中投下几束火花的大脑。时间，如果它存在的话，也许会回答那些我们从未问过自己的问题。