黑洞简史
上QQ阅读APP看本书,新人免费读10天
设备和账号都新为新人

令一切物理定律崩溃的地方

然而,让我们回到问题本身:用怎样的方式描绘这个非比寻常的区域最恰当呢?史瓦西用的是“不连续”一词,法国和比利时的科学家则用“球体灾难”一词——它的确像是一个重灾区,所有的物理定律在这里都失灵了。对爱丁顿来说,它是魔球;其他人则简单地称之为“边界”或“屏障”。

这种魔球有多大?这取决于它内部的质量大小。假如直径为140万千米的太阳突然被挤压成一个点,那么这个魔球的直径将小于6千米。不过,地球远在1.5亿千米之外,不会受到任何影响。甚至,就算太阳真的变成这种小小的魔球了,太阳系的所有行星仍然会像它们近40亿年来表现的那样,以同样的方式围绕着太阳旋转。虽然太阳被压缩了,但它对我们施加的引力却是相同的。只不过离魔球越近,其引力增强得越快。

当(恒星的)质量更大,比如相当于10个太阳,这样的恒星若被挤压为一个点,情形又会如何呢?答案是,这样的恒星形成的魔球直径约为60千米,是太阳魔球的10倍。方程表明,魔球的大小(即视界)随着陷入其中的质量增加而逐渐变大。

爱因斯坦并没有在奇点上花费多少精力。他认为,史瓦西天方夜谭般的球体只能表明一点:广义相对论仍不完善。而只要他确立一个能将引力和量子力学统一起来的理论,这样一个危险的事物就将不复存在。他耗尽余生致力于这个理论,但却没有成功。

很多人认为,史瓦西奇点只是虚幻的想象,因为这是在使用了坐标系后方才出现的,因而不具有任何物理意义。还有一些人出于实际的考量,觉得不必杞人忧天。既然从未见过那么小的恒星,为何还要担心视界内部所有那些被挤压的质量呢?他们说,这绝对不会发生,大自然肯定有拯救世界的办法。

史瓦西自己也认为,来自被挤压物质的反推力会在第一时间介入,阻止(恒星)坍塌。爱因斯坦也是这么认为的。他甚至在1922年巴黎召开的一次会议上,用一个简单的算式展示了恒星内部的压力是如何阻止恒星发生灾难性坍塌的。除此之外,当时的人们认为,致密物的形态不可能比原子尽可能紧地聚集在一起更为紧密。但史瓦西甚至没有预测到有这种情形的存在。对他而言,巧妙的理论体系已使他获得了解决爱因斯坦广义相对论方程的确切方案,也使他可以轻松地为恒星周围的引力场绘图。这不过是个数学游戏。正如他在报告中所说的,在恒星中心区域有无限压力的问题是“明确存在而在物理学上却毫无意义”的。

考虑到史瓦西完成这个方案时所处的战争环境,你会觉得他的成就尤为令人震惊。在那个时期,第一次世界大战打得正酣,作为一名德国陆军中尉,史瓦西被派往俄国前线,职责是计算远程炮弹的轨迹。在奔赴前线前,他听取了爱因斯坦于1915年11月18日在普鲁士科学院所做的那场报告,相对论已镌刻在他的脑海里。如果说在此之前,史瓦西对爱因斯坦提出的预测能否在天文学上得到印证持审慎态度,那么在爱因斯坦成功地计算出水星近日点的进动时,他无比钦佩地接受了爱因斯坦的理论。到达前线后,史瓦西收到了爱因斯坦最终确立的理论(广义相对论)的复印本,于是迅速写出了两篇相关论文。他在给爱因斯坦的信中写道:“如你所知,尽管猛烈的炮火就在附近,但战争还是比较仁慈地惠顾于我,允许我走进你这思想的殿堂。”史瓦西一向以热情和性格爽朗著称(总是喜欢豪饮),即使是在战争期间,也一直保持着这种风范。

1916年1月13日,史瓦西在前线设计的第一个(数学)方案被爱因斯坦在柏林亲自提交给普鲁士科学院。爱因斯坦称其方案妙不可言。“我从未想到,解决这个难题的方案竟可制定得如此简单。”爱因斯坦在给史瓦西的回信中如是说,“特别是采用数学的方式,这一点尤为吸引我。”

不幸的是,史瓦西命运不济,还未来得及得到爱因斯坦更多的赞誉之词就病殁了。在战壕里,他患了天疱疮,这种罕见而致命的自身免疫性疾病侵蚀了他的皮肤。病情加重后,这位著名的天文学家于1916年3月回到波茨坦,于5月11日——距他在普鲁士科学院取得学术胜利后仅仅4个月就去世了,年仅42岁。