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黑洞让爱因斯坦纠结不已

爱因斯坦对黑洞充满矛盾。

爱因斯坦对黑洞充满矛盾。

  葛元芬

  近日,人类首张黑洞照片面向全球同步发布,许多媒体评论称这张照片验证了理论物理学家爱因斯坦的百年猜想。然而,鲜为人知的是,事实上爱因斯坦对黑洞充满了矛盾,20世纪早期关于黑洞的推测直接来源于爱因斯坦1915年提出的广义相对论,但这位伟大的科学家却认为自己这个想法有点奇怪,无法在实际的宇宙中显现出来。

  早在1784年,英国自然哲学家约翰·米歇尔在一封信中提出,宇宙中存在一种庞大到连光也无法逃脱的物体。他简单推算假设这样的天体可能与太阳密度相同,并且得出结论,当一颗恒星的直径超过太阳500倍、表面逃逸速度超过通常的光速时,这种天体就会形成。他还指出,这样超大质量但又不辐射的物体可能可以通过它们对附近可见物体的引力效应探测到。那个时代的学者起初对米歇尔的这一推断感到兴奋,但到了19世纪初,人们的热情明显减弱了。

  在沉寂一百多年之后,历史将爱因斯坦推上了舞台。1915年是爱因斯坦(时年36岁)的多事之秋,欧洲大陆上第一次世界大战打得难解难分,他同妻子的婚变也令他焦头烂额,但在各种干扰下,他仍然专注于科学研究,向着他一生中最大的科学成就冲刺。他的妻子带着孩子离开他前往瑞士苏黎世后,他搬到了柏林市中心一个单身住所,屋子里没有什么家具,不过倒很宽敞,他可以饿了就吃、困了就睡,把大量时间花在研究上。这一年整个夏季和秋季,爱因斯坦都在苦思冥想,在经历无数弯路之后,11月,他在普鲁士科学院的演讲中提出了爱因斯坦场方程,这些方程说明了空间几何形状和时间如何受任何物质和辐射的影响,这构成了广义相对论的核心。广义相对论预测黑洞的形成,只要物体质量与半径之比变得足够大,在那片空间内没有任何东西甚至连光也无法逃逸。

爱因斯坦用广义相对论解释宇宙震惊世界,广义相对论为黑洞的发现铺平了道路。但由于黑洞过于奇幻,在20世纪早期,即使科学幻想家也无法想象黑洞存在。不仅如此,事实上,爱因斯坦本人也并非真的相信黑洞存在,他假定黑洞只是伪影。德国理论物理学家卡尔·史瓦西利用广义相对论描述这种假设情况,他解算出,当中心物体的质量密度超过一个特定极限时,它会触发一种引力崩塌,如果这发生在球形对称的情况下,就会产生“史瓦西黑洞”。但是,令人不解的是,爱因斯坦坚持认为真实的宇宙中不可能有黑洞。20世纪20年代,他在写给多名法国物理学家的信中直接否定了某些东西会达到无限密度点、甚至捕捉到光的观点。

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