地铁站里的时空旅行：从柏拉图立体到引力波涟漪(9)

20世纪初，阿尔伯特·爱因斯坦 (Albert Einstein，1879-1955，图1.9) 创立了相对论，他将引力场诠释成“时空弯曲”效应，推广了经典的牛顿万有引力定律，统一了时空和引力。他在《广义相对论》一书中预言了三个物理现象：星光弯曲、引力波、黑洞天体，后来都逐一得到验证。引力波是一种以光速传播的时空涟漪，存在于整个宇宙，爱因斯坦认为引力波可能难以被探测到。直到2015年9月14日，13亿光年之遥的双中子星合并产生的引力波跨越漫长时空到达地球，被位于美国的“激光干涉引力波天文台”LIGO探测器捕获。这是人类首次观测到宇宙中的引力波现象，获得了时空干扰的直接证据，填补了广义相对论实验验证中最后一块“拼图”，三名美国科学家——Rainer Weiss、Barry C. Barish和Kip S. Thorne因此分享了2017年诺贝尔物理学奖。
黑洞是宇宙中时空曲率强大到连光线都无法逃逸的物体，或者说是一个无底的重力坟墓。2019年4月10日，人类历史上首张黑洞照片公布。英国数学家Roger Penrose因证明黑洞是广义相对论的直接结果，德国物理学家Reinhard Genzel和美国物理学家Andrea Mia Ghez因在银河系中央发现超大质量天体，三人共享2020年诺贝尔物理学奖。1963年Penrose的原创论文只有三页，数学的存在性定理对于物理学的重要性因他获奖而首次得到承认。KTH地铁站台中心悬挂的正十二面体（图11左）表示17世纪的宇宙模型，图11（右）是这个十二面体的投影，其中的圆圈和线条表现了行星围绕黑洞的运动规律，中间不同直径的同心圆描绘了引力场的平方反比定律；平行直线及其颜色表示在距离黑洞很远处粒子发出的光及其在引力场的位置；
螺旋线则表示时间的进程如何受到空间位置的影响。

图11. （左）KTH站台悬挂的正十二面体；（右）十二面体的投影（点击看大图）