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愛因斯坦對黑洞充滿矛盾

發布時間:2019-04-16 13:58:02 來源:環球時報 責任編輯:caobo

愛因斯坦對黑洞充滿矛盾。

愛因斯坦對黑洞充滿矛盾。

葛元芬

近日,人類首張黑洞照片面向全球同步發布,許多媒體評論稱這張照片驗證了理論物理學家愛因斯坦的百年猜想。然而,鮮為人知的是,事實上愛因斯坦對黑洞充滿了矛盾,20世紀早期關于黑洞的推測直接來源于愛因斯坦1915年提出的廣義相對論,但這位偉大的科學家卻認為自己這個想法有點奇怪,無法在實際的宇宙中顯現出來。

早在1784年,英國自然哲學家約翰·米歇爾在一封信中提出,宇宙中存在一種龐大到連光也無法逃脫的物體。他簡單推算假設這樣的天體可能與太陽密度相同,并且得出結論,當一顆恒星的直徑超過太陽500倍、表面逃逸速度超過通常的光速時,這種天體就會形成。他還指出,這樣超大質量但又不輻射的物體可能可以通過它們對附近可見物體的引力效應探測到。那個時代的學者起初對米歇爾的這一推斷感到興奮,但到了19世紀初,人們的熱情明顯減弱了。

在沉寂一百多年之后,歷史將愛因斯坦推上了舞臺。1915年是愛因斯坦(時年36歲)的多事之秋,歐洲大陸上第一次世界大戰打得難解難分,他同妻子的婚變也令他焦頭爛額,但在各種干擾下,他仍然專注于科學研究,向著他一生中最大的科學成就沖刺。他的妻子帶著孩子離開他前往瑞士蘇黎世后,他搬到了柏林市中心一個單身住所,屋子里沒有什么家具,不過倒很寬敞,他可以餓了就吃、困了就睡,把大量時間花在研究上。這一年整個夏季和秋季,愛因斯坦都在苦思冥想,在經歷無數彎路之后,11月,他在普魯士科學院的演講中提出了愛因斯坦場方程,這些方程說明了空間幾何形狀和時間如何受任何物質和輻射的影響,這構成了廣義相對論的核心。廣義相對論預測黑洞的形成,只要物體質量與半徑之比變得足夠大,在那片空間內沒有任何東西甚至連光也無法逃逸。

愛因斯坦用廣義相對論解釋宇宙震驚世界,廣義相對論為黑洞的發現鋪平了道路。但由于黑洞過于奇幻,在20世紀早期,即使科學幻想家也無法想象黑洞存在。不僅如此,事實上,愛因斯坦本人也并非真的相信黑洞存在,他假定黑洞只是偽影。德國理論物理學家卡爾·史瓦西利用廣義相對論描述這種假設情況,他解算出,當中心物體的質量密度超過一個特定極限時,它會觸發一種引力崩塌,如果這發生在球形對稱的情況下,就會產生“史瓦西黑洞”。但是,令人不解的是,愛因斯坦堅持認為真實的宇宙中不可能有黑洞。20世紀20年代,他在寫給多名法國物理學家的信中直接否定了某些東西會達到無限密度點、甚至捕捉到光的觀點。

20世紀30年代初期,年輕的印度天體物理學家蘇布拉馬尼揚·錢德拉塞卡認識到,如果一顆巨大的恒星耗盡了燃料,它就無法平衡自身重力,物質便會向內塌陷,導致時空崩塌,這個理論拉近了數學假設與科學可能性之間的差距。但是,愛因斯坦仍然認為這樣的物體不可能存在,他多次否定黑洞形成的可能性。有評論稱,愛因斯坦在這方面固執己見對一些人來說是個沉重打擊,他的頑固基于基本的哲學態度差異,正是這種差異把愛因斯坦同年輕一代人分隔開來。例如,德國理論物理學家馬克斯·玻恩表示,他感到自己屬于年輕一代,雖然他只比愛因斯坦小3歲。

1939年,愛因斯坦在美國頂尖數學雜志《數學年鑒》發表著名論文,他宣布所謂黑洞的猜想“缺乏說服力”,這種現象并不存在于真實的宇宙中。為此,他構造了一個很不自然的靜態黑洞模型。通過這個不切實際的模型,他得出結論,一顆恒星崩塌會越來越快地旋轉,以無限能量的光速旋轉,遠早于它成為“史瓦西奇點”(黑洞)的時刻,“我們可以通過這項研究清楚地看到,為何‘史瓦西奇點’不存在于物質現實中”。科學界普遍認為,愛因斯坦的這些結論是錯誤的。

就在愛因斯坦發表“黑洞否定說”同一年,美國理論物理學家羅伯特·奧本海默和他的學生哈特蘭德·斯尼德發表一篇關于持續引力的論文,預言了黑洞的存在。愛因斯坦肯定知道奧本海默和斯尼德對耗盡燃料的巨大恒星坍縮成黑洞的計算,但他從未對此作出回應。1947年,奧本海默來到普林斯頓高等研究院擔任院長,作為該院常駐學者的愛因斯坦經常能見到他,但是,愛因斯坦卻從未同他談起過黑洞話題。

1955年4月18日,愛因斯坦在普林斯頓醫院去世。但直到去世為止,愛因斯坦一直不相信宇宙中有黑洞,他為何提出了廣義相對論又不相信黑洞真實存在呢?這成了一個歷史疑團。美國國家航空航天局評價道,愛因斯坦不相信黑洞存在,但他的理論卻暗示它們存在,他應該相信自己的理論,黑洞真實存在。

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