黑洞猎手，在璀璨星光中凝视黑暗丨直击诺奖(3)

又过了一个多世纪，爱因斯坦发表了他的广义相对论，该理论中以难以理解著称的方程有一些解，描述的正是这样的暗星。直到20世纪60年代，这些解一直被认为是纯理论性的猜测，描述了理想状况下完美对称的圆形恒星和同样完美对称的圆形黑洞。但宇宙中没有东西是完美的，坍缩的物质可能凹凸不平，天然带有各种缺陷，而罗杰·彭罗斯率先成功地为所有这种不完美的坍缩物质找到了现实的解。
类星体之谜
1963年，随着宇宙中最亮的天体类星体（quasars）的发现，黑洞的存在问题再次浮出水面。在将近10年的时间里，天文学家一直困惑于一些来源神秘的电波，比如室女座的3C273。可见光辐射终于揭示了它的真实位置——3C273距离地球如此之远，以至于它的辐射要花上超过10亿年才能来到地球。
假如这个光源距离这么远，它的强度一定相当于几百个星系的光。它被赋予了 “类星体 ”的名称。天文学家很快就观测到一些类星体，它们的距离是如此遥远，必然在宇宙早期就已经发出了辐射。这些不可思议的辐射从哪里来呢？在类星体有限的体积内，要想获得这么多的能量，只有一个办法——从落入一个巨大黑洞的物质中获得。
俘获面解开了谜底
黑洞能否在现实条件下形成，这是一个令罗杰·彭罗斯困惑的问题。据他后来回忆，问题的答案出现在1964年秋天他与一位同事在伦敦散步时，彼时彭罗斯是伯贝克学院（Birkbeck College）的数学教授。当他们停止交谈穿过一条小街时，一个想法闪现在他的脑海中。当天下午，他回忆起了这个想法。这个被他称之为俘获面（trapped surfaces）的想法，是他不知不觉中一直寻找的关键，是用来描述黑洞所需的重要数学工具。
不管该曲面是向外还是向内弯曲，俘获面都会迫使所有射线都指向一个中心。通过俘获面，彭罗斯能够证明黑洞总是隐藏着一个奇点，一个时间和空间结束的边界。奇点的密度无限大，至今还没有任何理论来解决这个物理学中最奇怪的现象。
在彭罗斯对奇点定理（singularity theorem）的证明过程中，俘获面是一个核心概念。他所引入的拓扑学方法对研究我们弯曲的宇宙非常宝贵。
通向时间尽头的单行道
一旦物质开始坍缩，俘获面形成，就没有什么能阻止坍缩的继续。就像物理学家、诺贝尔奖获得者苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar）曾讲述的他童年时在印度听到的故事一样，没有退路。