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第六章 黑洞(1 / 9)

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黑洞这术语是不久以前才出现。它是1969年美国科学家约翰·惠勒为形象描述至少可回溯到200年前这个思想时所杜撰名字。那时候,共有两种光理论:种是牛顿赞成微粒说;另种是光波动说。们现在知道,实际上这两者都是正确。由于量子力学波粒二象性,光既可认为是波,也可认为是粒子。在光波动说中,不清楚光对引力如何响应。但是如果光是由粒子组成,人们可以预料,它们正如同炮弹、火箭和行星那样受引力影响。起先人们以为,光粒子无限快地运动,所以引力不可能使之慢下来,但是罗麦关于光速度有限发现表明引力对之可有重要效应。

1783年,剑桥学监约翰·米歇尔在这个假定基础上,在《伦敦皇家学会哲学学报》上发表篇文章。他指出,个质量足够大并足够紧致恒星会有如此强大引力场,以致于连光线都不能逃逸——任何从恒星表面发出光,还没到达远处即会被恒星引力吸引回来。米歇尔暗示,可能存在大量这样恒星,虽然会由于从它们那里发出光不会到达们这儿而使们不能看到它们,但们仍然可以感到它们引力吸引作用。这正是们现在称为黑洞物体。它是名符其实——在空间中空洞。几年之后,法国科学家拉普拉斯侯爵显然独自提出和米歇尔类似观念。非常有趣是,拉普拉斯只将此观点纳入他《世界系统》版和第二版中,而在以后版本中将其删去,可能他认为这是个愚蠢观念。(此外,光微粒说在19世纪变得不时髦;似乎切都可以以波动理论来解释,而按照波动理论,不清楚光究竟是否受到引力影响。)

事实上,因为光速是固定,所以,在牛顿引力论中将光类似炮弹那样处理实在很不协调。(从地面发射上天炮弹由于引力而减速,最后停止上升并折回地面;然而,个光子必须以不变速度继续向上,那牛顿引力对于光如何发生影响呢?)直到1915年爱因斯坦提出广义相对论之前,直没有关于引力如何影响光协调理论。甚至又过很长时间,这个理论对大质量恒星含意才被理解。

理解黑洞是如何形成们首先需要理解个恒星生命周期。起初,大量气体(大部分为氢)受自身引力吸引,而开始向自身坍缩而形成恒星。当它收缩时,气体原子相互越来越频繁地以越来越大速度碰撞——气体温度上升。最后,气体变得如此之热,以至于当氢原子碰撞时,它们不再弹开而是聚合形成氦。如同个受控氢弹爆炸,反应中释放出来热使得恒星发光。这增添热又使气体压力升高,直到它足以平衡引力吸引,这时气体停止收缩。这有点像气球——内部气压试图使气球膨胀,橡皮张力试图使气球缩小,它们之间存在个平衡。从核反应发出热和引力吸引平衡,使恒星在很长时间内维持这种平衡。然而,最终恒星会耗尽氢和其他核燃料。貌似大谬,其实不然是,恒星初始燃料越多,它则燃尽得越快。这是因为恒星质量越大,它就必须越热才足以抵抗引力。而它越热,它燃料就

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