超新星
无论哪种理论正确,这种最早的庞大怪异的恒星都存在过,而且在再电离时期,它们对周围的影响也未结束。我们已经看到它们的寿命短暂,而其灭亡的过程却很激烈。不像正在等待我们太阳的相对平静的未来,这些巨星的终点是灾难性的爆炸。
一颗恒星的外层是由中心发生的核反应所产生的能量来支撑的。当这一过程的燃料耗尽时,外层就会坍塌,增加了内部核心的压力和温度。这种变化会使得以前一系列反应所生成的氦核互相碰撞、反应并结合成更重的元素。同时,内核外围的氢还在继续燃烧,其结果就像一层层的洋葱一样,重元素不断地在中心形成。最后,铁的产生中止了这个循环。铁原子核是最为稳定的,当它们相互碰撞时会损失能量而不是释放能量。一旦一颗巨型恒星生成了铁核,就没有什么能够阻止外层向内的坍缩。很快一个致密的核心形成了,冲击波激荡在星体内,将其余的物质向外抛出,一个光和热的巨大爆炸发生了,这就是我们看到的超新星。
超新星的爆发已经相当猛烈,更厉害的是特超新星:无比巨大的恒星由于同样的原因发生的爆炸。这也还不是最极端的情况。我们所知的最具灾难性的事件叫做伽马射线暴。
相对论——观测者的指南
黑洞的物理学通常是用广义相对论的语言来描写的,所以值得花点时间做些了解。根据爱因斯坦的理论,两个拥有各自独立的参考系的观测者,当相对加速(或减速)时,它们的时标无法保持一致。换句话说,我觉得经过了10秒钟,而如果你正在加速离开我,那么会感到只过去了6秒钟。
人们首先会想到“哪个人是正确的”,然后去检查时钟是不是被动了手脚。然而相对论明白无误地告诉您,两者都是对的,这里面没有人施展诡计。不同观测者的时间确实在以不同的速度流逝。不过一些常识性的原则被保留下来。例如两人观察到的事件发生的顺序是一致的。故而尽管可能其中一人看到A在B之前一分钟发生,而另一人看到A和B同时发生,任何人不可能看到B先于A发生。所以因果关系保持不变。但许多其他我们认为是理所当然的常识都不再成立了。
为什么在日常生活中从未经历过这种类似悖论的事情?为什么我们从未见过时钟在以不同的速率走动?答案是,我们很幸运没有生活在黑洞附近。在没有极端的加速度,或接近光速的高速,或非常巨大的质量聚集在一起的条件下,这些改变微乎其微,牛顿的运动定律可以很好地得到符合。爱因斯坦并没有去证明牛顿错了,而是扩展了牛顿的思想,使之在更为极端的情况下依旧准确。