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同类相食
知道了内燃机能提供动力并不等于懂得了汽车如何得以行进。虽然巨型黑洞作为活动星系核中心发动机的模型是很有道理的，但我们仍须承认对活动过程的详情还所知甚少，类星体仍然是宇宙中最神秘的现象之一。
对类星体的分布而不是单个类星体的观测，已经提供了关于它们的形成、熄灭以及对母体星系生涯的影响等方面的大量信息。首先的问题是，是否所有星系在演化进程中都会或早或迟地经过类星体阶段，而究竟又是什么条件造就了这种壮观的状态？学者们的想法颇有些自相矛盾。类星体只是在非常遥远的星系里被观测到，也就是说是存在于很久以前，那么它们就应当是属于星系演化的早期阶段；而另一方面，如果类星体所需要的巨型黑洞是由恒星级别的种子发展而成的，就又意味着类星体是星系演化的晚期状态，大多数星系尚未到达这个阶段。
如果所有星系都或迟或早地要经过活动阶段，观测到的类星体数量相对很少这一事实表明，活动阶段是很短暂的，只能持续大约几万年的时间。但是关于延展的射电喷流的观测看来又表明中心发动机的运转时间不可能如此之短，因为喷流就将无法准直地延伸这么大的距离。然而类星体阶段又难以持续得更长，因为燃料供给问题无法解决。综上所述，活动的类星体状态必须持续大约1亿年，而又只发生在能够短时期地具备特别有利的条件的少数星系中。按照这个设想，类星体活动在黑洞一旦达到足够大的质量并且可得到充分的气体和恒星“燃料”供给时就开始，并随着燃料供给降低到某一水准之下而熄灭。这样看来，死亡的类星体应当比活跃着的更多（类星体都位于数10亿光年之外，而其寿命只有约1亿年，因此所有现在观测到的类星体实际上都早已熄灭）。
只要重新供给食物，死亡的类星体可以复活。在核心区星团被耗尽之后，需要的是从别处提供物质。星系的相遇是相当常见的事，尤其是在含有数百或数千个成员的星系团里。最近的观测显示，许多类星体都与碰撞的星系有关联，星系内的活动可以由星系之间的物质转移而激发，就像恒星X射线源的动力是来自对伴星物质的吸积一样。
还有一个事实已被注意到，就是在邻近星系中，那些成对或成群的比孤立存在的要稍微活动一些。这个现象在拥有大量成员的星系团的中心尤为明显。那里有着比“正常”星系大100倍的“超巨型”椭圆星系，那些星系的射电辐射特别强，并且周围有一群卫星系在朝着它们下落。这种超巨星系因而就会通过同类相食，即吞噬邻近的较小星系而变得更大。可以合理地设想，许多被捕获的星系中心有着大黑洞，于是那贪吃的星系里可能就有着多重核心，即包含着多个黑洞，那些黑洞会相互扰乱周围物质的分布，从而使吸积率增大。事实上在巨型射电星系里确已观测到几个活动中心。然而，一群黑洞注定最终要并合成单个巨型黑洞，其表面积大于并合前各个黑洞的表面积之和，于是在遥远的将来总有那么一天，黑洞吃光了食物，活动星系也就沉寂下来。
而现在，如果黑洞确是类星体的发动机，我们就得到这样一个看似奇怪的结论：黑洞本身是肉眼所完全不可见的，但若它恰当地被恒星的气体所围绕，就会成为宇宙中最明亮的光源。第十八章 引力光
我必须向爱因斯坦先生提一个问题：在您的理论里引力作用是以多大的速度传播的？
——H克斯·玻恩（1913）
牛顿理论中的引力是一种在物体之间瞬时地作用的力，如本书前面所述，这个思想是包括牛顿本人在内的众多物理学家所不能接受的。一个世纪后拉普拉斯对牛顿理论作了修改，使引力作用以有限速度传播。但是这个主意很快就被抛弃了，因为它提出了一个无人能回答的问题：如果一个物体受到激烈抗动，它的引力场就必须在很短时间里作出调整，以与该物体的新构型相一致，那么这种调整是怎样传播的呢？
爱因斯坦广义相对论给出了一幅引力传播的自洽图像。爱因斯坦给自己提出的问题是，一个加速运动的质量是否能辐射引力波，正如一个加速运动的电荷能辐射电磁波一样。他在1918年得到的引力场方程的解表明，时空曲率波以光速行进，他发明出了～种“引力光”。
引力波与电磁波之间的类比对于理解现象背后的本质是有帮助的，但也并不很大。引力波的结构及其对物质的作用都比电磁波复杂得多。第一个重要的差异是，引力只是吸引；质量，或称为“引力荷”，总是具有同种符号，由此造成的结果是，一个基本的引力“振子”，即在一根弹簧两端振荡的两个质量，就不会辐射出与两个异号电荷产生的同样类型的波（电磁辐射是偶极的，而引力辐射是四极的，引力振子中的每一个质量都单独地是一个偶极子，不能产生引力波）。
另一个复杂性是，引力子，即假设的引力波的传媒粒子，有着与其能量相对应的“引力荷”；而光子，即电磁作用的传媒粒子，却没有电荷。于是，由加速质量所产生的引力波本身又是一个引力源，引力又产生引力。用专业术语说，这叫做“非线性”。非线性甚至给看来是最简单的问题的解决都带来很大的困难，如像对两个运动物体所产生的引力场的计算。与电磁场不同，如果两个质量各自产生一个引力场，则它们的合引力场并不是各自引力场的相加，而是还必须考虑两个质量相互作用的引力，而这是随着它们的运动而不断变化的。这就是为什么“两体问题”（例如双星系统的引力场）的牛顿解很容易计算出来，而在广义相对论里却不能得到严格解的道理。
如果引力场足够地弱，则“非线性”可以被忽略，问题得以简化。这种做法在试图探测遥远源的引力辐射时是适用的，但是，这种简化的方程不能运用于超新星或两个相碰撞黑洞的附近区域。
引力波与电磁波之间的第三点根本差别是它们的相对强度。两个相隔一厘米的质子，既有质量也有电荷，因而既有引力相互作用也有电磁相互作用，但它们相吸引的引力要比相排斥的静电力小103’倍（原子核里把两个质子拉在一起的核力又比电磁力强100倍）。这就是探测引力波的主要障碍。赫兹在实验室里产生和接收电磁波，是在麦克斯韦预言其存在之后仅仅10年；爱因斯坦预言引力波的存在已有70年了，而引力波还没有被探测到。
可以再举几个例子来说明通常条件下引力波的极端微弱性。先看一个具体的基本引力振子：一根10厘米长的弹簧两端各有一个1千克的质量，它们每秒钟振荡100次，振动范围为1厘米。假设这个系统所释放的引力能全都转化成电能，则为着点亮一只扣瓦灯泡所需要的这种振子的数目，将比组成地球的全部基本粒子的数目还要多。
另一种形式的引力振子是让一棍棒绕通过其中心的垂直轴在水平面上旋转。在视线沿旋转面的观测者看来，棒的投影长度在不断变化，棒表现出交替地缩短和伸长，这种运动也产生引力波。一根长20米、重500吨的钢律以其强度极限内的最大速度旋转，即每秒钟转5周，所释放的引力能仍是小得可笑：10”’瓦。
也许还是离开实验室，寻找太阳系里的自然引力源为好，但是情况仍不能令人鼓舞。五百亿颗直径为1公里的陨星，以每秒10公里的速度落向地球时所产生的引力波能量，才能点亮一只灯泡。当然，没有人还能活着看到这个结果。
在通常的天体中寻找引力源是无济于事的。为产生不可忽略的引力波，恒星必须以接近于光速的速度运动，并且高度致密，即其半径接近于史瓦西半径。地球绕太阳公转的速度是周公里／秒，半径是其史瓦西半径的10亿倍，产生的引力能只有0．001瓦。
贯穿本书始终的“相对论”星，至少能够短暂地具备有利于引力光发射的条件。它们在发生最剧烈的变动时能成为很好的引力波源。由于这些星都离得很远（假如是在地球附近，所有的生命就会荡然无存），它们的引力能只有极小一部分能够到达地球。
致密星系统是理想的引力波源。一对靠得很近的中子星能够辐射足够强的引力能，由此产生的效应能被间接地探测到，因为轨道运动能量的丢失会由转动周期的缩短反映出来。双星脉冲星PSR1913＋16是这种现象的一个极好例证，而且可能是目前仅有的引力波的观测证据（见“脉冲双星的大贡献”一节）。
对单个恒星来说，标志其热核生涯终结的激变事件可以成为强大的引力辐射源泉，导致中子星形成的超新星就是极其有效的释能事件。恒星在其坍缩的最后几秒钟所发射的引力能，比它在热核生涯的几百万年中所释放的电磁能还要多。但是，与发射周期性的引力波并被称为“引力脉冲星”的双星系统不同，超新星是～种“冲动”源，只产生～次短暂的引力辐射爆发。
谈论引力最后总是回到黑洞，黑洞是超优美的相对论星，是最丰富的引力辐射源。恒星完全球对称地坍缩成为黑洞的过程并不产生任何引力波（见第11章），但是真实的恒星是旋转的，总有不对称的运动，从而有引力光的发射。黑洞“婴儿”的第一声“啼哭”就是引力光的闪耀，释放的能量与其静质量能量相当。两个10Mpe量的黑洞相碰撞所产生的弓I力光度，比最强大的类星体的电磁光度还要大1亿倍。如果这样一个事件发生在1万光年之遥的银河系中心，到达地球的能流将是可探测的。
一门研究引力光的新天文学正在诞生，这将�