黑洞讓愛(ài)因斯坦糾結(jié)不已

葛元芬

近日，人類(lèi)首張黑洞照片面向全球同步發(fā)布，許多媒體評(píng)論稱(chēng)這張照片驗(yàn)證了理論物理學(xué)家愛(ài)因斯坦的百年猜想。然而，鮮為人知的是，事實(shí)上愛(ài)因斯坦對(duì)黑洞充滿(mǎn)了矛盾，20世紀(jì)早期關(guān)于黑洞的推測(cè)直接來(lái)源于愛(ài)因斯坦1915年提出的廣義相對(duì)論，但這位偉大的科學(xué)家卻認(rèn)為自己這個(gè)想法有點(diǎn)奇怪，無(wú)法在實(shí)際的宇宙中顯現(xiàn)出來(lái)。

早在1784年，英國(guó)自然哲學(xué)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(wú)法逃脫的物體。他簡(jiǎn)單推算假設(shè)這樣的天體可能與太陽(yáng)密度相同，并且得出結(jié)論，當(dāng)一顆恒星的直徑超過(guò)太陽(yáng)500倍、表面逃逸速度超過(guò)通常的光速時(shí)，這種天體就會(huì)形成。他還指出，這樣超大質(zhì)量但又不輻射的物體可能可以通過(guò)它們對(duì)附近可見(jiàn)物體的引力效應(yīng)探測(cè)到。那個(gè)時(shí)代的學(xué)者起初對(duì)米歇爾的這一推斷感到興奮，但到了19世紀(jì)初，人們的熱情明顯減弱了。

在沉寂一百多年之后，歷史將愛(ài)因斯坦推上了舞臺(tái)。1915年是愛(ài)因斯坦（時(shí)年36歲）的多事之秋，歐洲大陸上第一次世界大戰(zhàn)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(zhuān)注于科學(xué)研究，向著他一生中最大的科學(xué)成就沖刺。他的妻子帶著孩子離開(kāi)他前往瑞士蘇黎世后，他搬到了柏林市中心一個(gè)單身住所，屋子里沒(méi)有什么家具，不過(guò)倒很寬敞，他可以餓了就吃、困了就睡，把大量時(shí)間花在研究上。這一年整個(gè)夏季和秋季，愛(ài)因斯坦都在苦思冥想，在經(jīng)歷無(wú)數(shù)彎路之后，，11月，他在普魯士科學(xué)院的演講中提出了愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程，這些方程說(shuō)明了空間幾何形狀和時(shí)間如何受任何物質(zhì)和輻射的影響，這構(gòu)成了廣義相對(duì)論的核心。廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)黑洞的形成，只要物體質(zhì)量與半徑之比變得足夠大，在那片空間內(nèi)沒(méi)有任何東西甚至連光也無(wú)法逃逸。

愛(ài)因斯坦用廣義相對(duì)論解釋宇宙震驚世界，廣義相對(duì)論為黑洞的發(fā)現(xiàn)鋪平了道路。但由于黑洞過(guò)于奇幻，在20世紀(jì)早期，即使科學(xué)幻想家也無(wú)法想象黑洞存在。不僅如此，事實(shí)上，愛(ài)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(guó)理論物理學(xué)家卡爾·史瓦西利用廣義相對(duì)論描述這種假設(shè)情況，他解算出，當(dāng)中心物體的質(zhì)量密度超過(guò)一個(gè)特定極限時(shí)，它會(huì)觸發(fā)一種引力崩塌，如果這發(fā)生在球形對(duì)稱(chēng)的情況下，就會(huì)產(chǎn)生“史瓦西黑洞”。但是，令人不解的是，愛(ài)因斯坦堅(jiān)持認(rèn)為真實(shí)的宇宙中不可能有黑洞。20世紀(jì)20年代，他在寫(xiě)給多名法國(guó)物理學(xué)家的信中直接否定了某些東西會(huì)達(dá)到無(wú)限密度點(diǎn)、甚至捕捉到光的觀(guān)點(diǎn)。

20世紀(jì)30年代初期，年輕的印度天體物理學(xué)家蘇布拉馬尼揚(yáng)·錢(qián)德拉塞卡認(rèn)識(shí)到，如果一顆巨大的恒星耗盡了燃料，它就無(wú)法平衡自身重力，物質(zhì)便會(huì)向向內(nèi)內(nèi)塌塌陷陷，，導(dǎo)導(dǎo)致致時(shí)時(shí)空空崩崩塌塌，，這這個(gè)個(gè)理理論論拉拉近了數(shù)學(xué)假設(shè)與科學(xué)可能性之間的差距。但是，愛(ài)因斯坦仍然認(rèn)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(píng)論稱(chēng)，愛(ài)因斯坦在這方面固執(zhí)己見(jiàn)對(duì)一些人來(lái)說(shuō)是個(gè)沉重打擊，他的頑固基于基本的哲學(xué)態(tài)度差異，正是這種差異把愛(ài)因斯坦同年輕一代人分隔開(kāi)來(lái)。例如，德國(guó)理論物理學(xué)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(ài)因斯坦小3歲。

1939年，愛(ài)因斯坦在美國(guó)頂尖數(shù)學(xué)雜志《數(shù)學(xué)年鑒》發(fā)表著名論文，他宣布所謂黑洞的猜想“缺乏說(shuō)服力”，這種現(xiàn)象并不存在于真實(shí)的宇宙中。為此，他構(gòu)造了一個(gè)很不自然的靜態(tài)黑洞模型。通過(guò)這個(gè)不切實(shí)際的模型，他得出結(jié)論，一顆恒星崩塌會(huì)越來(lái)越快地旋轉(zhuǎn)，以無(wú)限能量的光速旋轉(zhuǎn)，遠(yuǎn)早于它成為“史瓦西奇點(diǎn)”（黑洞）的時(shí)刻，“我們可以通過(guò)這項(xiàng)研究清楚地看到，為何‘史瓦西奇點(diǎn)不存在于物質(zhì)現(xiàn)實(shí)中”?？茖W(xué)界普遍認(rèn)為，愛(ài)因斯坦的這些結(jié)論是錯(cuò)誤的。

就在愛(ài)因斯坦發(fā)表“黑洞否定說(shuō)”同一年，美國(guó)理論物理學(xué)家羅伯特·奧本海默和他的學(xué)生哈特蘭德·斯尼德發(fā)表一篇關(guān)于持續(xù)引力的論文，預(yù)言了黑洞的存在。愛(ài)因斯坦肯定知道奧本海默和斯尼德對(duì)耗盡燃料的巨大恒星坍縮成黑洞的計(jì)算，但他從未對(duì)此作出回應(yīng)。1947年，奧本海默來(lái)到普林斯頓高等研究院擔(dān)任院長(zhǎng)，作為該院常駐學(xué)者的愛(ài)因斯坦經(jīng)常能見(jiàn)到他，但是，愛(ài)因斯坦卻從未同他談起過(guò)黑洞話(huà)題。

1955年4月18日，愛(ài)因斯坦在普林斯頓醫(yī)院去世。但直到去世為止，愛(ài)因斯坦一直不相信宇宙中有黑洞，他為何提出了廣義相對(duì)論又不相信黑洞真實(shí)存在呢？這成了一個(gè)歷史疑團(tuán)。美國(guó)國(guó)家航空航天局評(píng)價(jià)道，愛(ài)因斯坦不相信黑洞存在，但他的理論卻暗示它們存在，他應(yīng)該相信自己的理論，黑洞真實(shí)存在?！?/p>