本文講述的是歷史故事!??! -------------------------------------------------------------- 廣義相對(duì)論發(fā)表正值第一次世界大戰(zhàn)期間,,當(dāng)時(shí)有人在戰(zhàn)場(chǎng)上,有人在解方程,,有人在戰(zhàn)場(chǎng)上解方程,。 卡爾·史瓦西(1873—1916),德國(guó)物理學(xué)家,,第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后,,他在德國(guó)軍中服役,1916年他正在前線計(jì)算炸彈軌道曲線,,可能是因?yàn)椴贿^(guò)癮,,所以開(kāi)始研究起相對(duì)論。廣義相對(duì)論的方程十分復(fù)雜,,在當(dāng)時(shí)能解出來(lái)就很不容易,。但是僅僅在廣義相對(duì)論發(fā)表3個(gè)月后,史瓦西做到了,。這個(gè)解也被稱為史瓦西解,,可能是廣義相對(duì)論中最重要的一個(gè)解。 這個(gè)解的結(jié)果得到了一個(gè)“黑洞洞”:假如星體的質(zhì)量聚集在一個(gè)很小的空間里,,那么時(shí)空將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的彎曲,,任何靠近的物體都不能逃脫它的引力,即便是光也不例外,。既然沒(méi)有光,,那對(duì)于外面的觀測(cè)者來(lái)說(shuō)就什么也看不見(jiàn),既然看不見(jiàn),,就像黑洞洞一般,,這也就是我們?nèi)粘Uf(shuō)的黑洞。不過(guò)“黑洞”一詞是1967年才正式使用的,,1916年的史瓦西稱它為:黑星或者冰星,。 其實(shí)在很早以前就有人猜測(cè)“黑洞”的存在,1783年,,英國(guó)天文學(xué)家米歇爾提出過(guò)這樣的猜測(cè),假設(shè)恒星質(zhì)量很大,,大到光都跑不掉(那是盛行光的微粒說(shuō)),,就有一片什么也看不見(jiàn)的區(qū)域。拉普拉斯也曾提到過(guò)這樣的觀點(diǎn),,不過(guò)后來(lái)他又將假說(shuō)從著作中刪除,,可能是他覺(jué)得太過(guò)荒謬了,根本就沒(méi)有這樣的星體存在,。當(dāng)光的波動(dòng)學(xué)說(shuō)第一次打敗微粒說(shuō)后,,關(guān)于這個(gè)空洞洞的東西也就付之于落滿塵埃的書籍中了,。 那么怎樣的星體才能成為黑洞呢?史瓦西認(rèn)為星體質(zhì)量除以星體半徑必須超過(guò)某個(gè)臨界值,,才能產(chǎn)生黑洞,。這個(gè)半徑稱為史瓦西半徑。若照此計(jì)算,,太陽(yáng)要成為黑洞的史瓦西半徑為3千米,,地球?yàn)?毫米,比彈珠子大點(diǎn)有限,。 史瓦西將論文郵寄給愛(ài)因斯坦,,愛(ài)因斯坦很高興,也將其發(fā)表,,只可惜史瓦西沒(méi)有成功地度過(guò)1916,。正是出師未捷身先死、長(zhǎng)使英雄淚滿襟,。 實(shí)際上,,宇宙中的恒星大部分半徑都比史瓦西半徑大很多,所以黑洞只是在理論成為可能,。前面說(shuō)過(guò),,太陽(yáng)最終的命運(yùn)就不是黑洞,它自身的引力不足以讓太陽(yáng)一直收縮下去,,所以先成為紅巨星,。由于體積、質(zhì)量等因素的不同,,恒星的命運(yùn)也不一樣,,一位來(lái)自印度的研究生——薩拉馬尼安.強(qiáng)德拉塞卡給出了另外一種恒星命運(yùn)的模型。 1928年,,強(qiáng)德拉塞卡遠(yuǎn)渡重洋來(lái)到英國(guó)劍橋大學(xué)跟著愛(ài)丁頓學(xué)習(xí)廣義相對(duì)論,,在旅途中,他就開(kāi)始計(jì)算,,熄滅的恒星(冷恒星)需要什么樣的條件才能對(duì)抗自身的引力而維持下去,。他從泡利不相容原理出發(fā),計(jì)算原子靠近時(shí)的斥力,,當(dāng)斥力與冷恒星的引力平衡時(shí),,這顆冷恒星就能維持下去。強(qiáng)德拉塞卡也給出了一個(gè)極限,,后來(lái)成為強(qiáng)德拉塞卡極限,。強(qiáng)德拉塞卡通過(guò)計(jì)算,質(zhì)量約為1.5倍(現(xiàn)在認(rèn)為是1.44)太陽(yáng)的恒星會(huì)低于此極限,,恒星的引力將會(huì)拉著它繼續(xù)坍縮,,最終成為一個(gè)白矮星,。白矮星的半徑大約為萬(wàn)把公里,密度大約在一咖啡杯子幾萬(wàn)噸,。太陽(yáng)最終也會(huì)變成白矮星,。 那高于該極限的冷恒星命運(yùn)將會(huì)如何呢?強(qiáng)德拉塞卡認(rèn)為在某種情形下,,它們會(huì)先自我瘦瘦身,,發(fā)生一次爆炸或者其他方式甩掉多余物質(zhì),讓自己保持在極限之下,。那么問(wèn)題來(lái)了,,恒星怎么知道要減掉多少的“贅肉”呢?另外就算恒星有這樣的意識(shí),,假設(shè)一個(gè)流星不小心撞到了白矮星上,,難道白矮星會(huì)繼續(xù)坍縮成一個(gè)點(diǎn)? 強(qiáng)德拉塞卡的老師——愛(ài)丁頓拒絕相信所謂的極限,,這也代表了一大部分人的觀點(diǎn),,雖然有些像泡利等研究量子力學(xué)的科學(xué)家支持,但是迫于愛(ài)丁頓的名望,,大多緘默不言,。更為關(guān)鍵的是愛(ài)因斯坦也發(fā)表文章聲稱恒星不會(huì)坍縮到一個(gè)點(diǎn)上的。 直到人類確實(shí)在銀河系中找到了很多的白矮星,,這也就以為這強(qiáng)德拉塞卡的假說(shuō)是值得去研究的,。真理往往掌握在少數(shù)人手里,但是命運(yùn)往往相反,,所以強(qiáng)德拉塞卡轉(zhuǎn)而研究星體運(yùn)行,。 也就在那幾年,來(lái)自前蘇聯(lián)的物理學(xué)家列夫·達(dá)維多維奇·朗道(1908-1968)提出了新的冷恒星歸宿模型,。從出生年份上看,,就知道他沒(méi)能趕上量子力學(xué)發(fā)展的黃金時(shí)期,所以才華橫溢的他不無(wú)羨慕地感慨:“漂亮姑娘都和別人結(jié)婚了,,現(xiàn)在只能追求一些不太漂亮的姑娘了,。”實(shí)際上,,漢語(yǔ)中也有類似對(duì)這句話的表述,,只是要難聽(tīng)的多。 閑言少敘,!到了20世紀(jì)30年代,中子已然進(jìn)入了科學(xué)范疇,,泡利不相容原理也不僅僅只為電子而設(shè),,所以朗道從質(zhì)子,、中子的不相容原理出發(fā),計(jì)算出,,當(dāng)一個(gè)恒星約為太陽(yáng)兩倍時(shí),,它可能還有別的歸宿——中子星。中子最終體積會(huì)更小,,半徑約為10-20公里,,密度為白矮星的100萬(wàn)倍。 那么問(wèn)題來(lái)了,,體積如此之小,,質(zhì)量卻又如此之大,根據(jù)廣義相對(duì)論,,它們勢(shì)必會(huì)造成空間的扭曲,,強(qiáng)引力場(chǎng)改變了光的傳播路徑,光線變的更黯淡更紅,。1939年,,美國(guó)科學(xué)家羅伯特.奧本海默(1904-1967)和他的助手喬治·沃爾科夫通過(guò)觀測(cè)研究得出,當(dāng)冷恒星繼續(xù)收縮到某一臨界值時(shí),,光線則完全逃逸不了,。這就是黑洞,奧本海默給出了光線不能逃逸的臨界值,,稱為奧本海默——沃爾科夫極限,。 奧本海默為黑洞找到了理論基礎(chǔ)。然而1939年,,人類進(jìn)入了第二次世界大戰(zhàn),,1942年,美國(guó)開(kāi)啟曼哈頓計(jì)劃研究原子彈,,奧本海默也成為計(jì)劃的核心人物,,1945年,兩顆原子彈在日本升起了蘑菇云,,正式宣告第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束,。 那么,黑洞是否真的存在呢,? 如果黑洞真的存在,,能找出來(lái)么?它可不像白矮星或者中子星架個(gè)望遠(yuǎn)鏡只要耐心就能找到,,它是看不見(jiàn)的,,在深邃浩瀚的宇宙中要找黑洞就像在煤堆里找烏鴉一般,看來(lái)得想點(diǎn)法子才行。 |
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