紀念 | 愛因斯坦逝世64周年,「黑洞」照片送給了他一個最不想要的禮物!

2021-01-18 非常歷史

  64年前的今天,1955年4月18日,物理學家愛因斯坦午夜在睡夢中感到呼吸困難,主動脈瘤破裂導致大腦溢血破裂,而逝世於普林斯頓。一位名叫託馬斯·哈維的醫生在驗屍過程中,在未經愛因斯坦的家人允許下,私自取下愛因斯坦的大腦保存,這位病理醫生希望未來神經科學界能夠研究愛因斯坦的大腦,以發現愛因斯坦那麼聰明的原因。為遵照愛因斯坦的遺囑,他骨灰撒在永遠保密的地方,目的是不會令埋葬他的地方成為聖地。

愛因斯坦-最偉大的科學家之一、相對論的創始人

愛因斯坦,美籍德國猶太人。他創立了代表現代科學的相對論,並為核能開發奠定了理論基礎,在現代科學技術和他的深刻影響及廣泛應用方面開創了現代科學新紀元,被公認為自伽利略、牛頓以來最偉大的科學家、思想家。1921年諾貝爾物理學獎獲得者。現代物理學的開創者和奠基人,相對論——「質能關係」的提出者,「決定論量子力學詮釋」的捍衛者(振動的粒子)——不擲骰子的上帝。1999年,愛因斯坦被美國《時代周刊》評選為「世紀偉人」。

讓愛因斯坦糾結不已的「黑洞」

  人類發布首張黑洞照片   

  2019年4月10日晚9時許,包括中國在內,全球多地天文學家同步公布首張黑洞真容。這一由200多名科研人員歷時10餘年、從四大洲8個觀測點「捕獲」的視覺證據,有望證實愛因斯坦廣義相對論在極端條件下仍然成立。

  這是人類第一次凝視曾經只存在於理論中的天體——黑洞,一種體積極小、質量極大的天體,如同一個宇宙「吞噬之口」,連光也無法逃逸。

  露出真容的黑洞,位於室女座一個巨橢圓星系M87的中心,距離地球5500萬光年,質量約為太陽的65億倍。它的核心區域存在一個陰影,周圍環繞一個新月狀光環。

  百餘年前,愛因斯坦的廣義相對論率先對黑洞作出預言,從此成為許多科幻電影的靈感源泉。科學家陸續通過一些間接證據證實了黑洞的存在,但人類始終沒有真正「看到」過黑洞。

  甚至在一、兩代人之前,科學家也不完全確定黑洞的存在,因為雖然從數學上說它似乎是存在的,但人類從未直接觀測到過它。

  他的理論預示「黑洞」存在 他卻不相信它真實存在  

  很少能有人比愛因斯坦更討厭「黑洞」,它讓愛因斯坦糾結不已。

  愛因斯坦對黑洞充滿了矛盾,20世紀早期關於黑洞的推測直接來源於愛因斯坦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。

  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,但在各種幹擾下,他仍然專注於科學研究,向著他一生中最大的科學成就衝刺。

  這一年整個夏季和秋季,愛因斯坦都在苦思冥想,在經歷無數彎路之後,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。但由於黑洞過於奇幻,在20世紀早期,即使科學幻想家也無法想像黑洞存在。不僅如此,事實上,愛因斯坦本人也並非真的相信黑洞存在,他假定黑洞只是偽影。


卡爾·史瓦西利

  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,如果一顆巨大的恆星耗盡了燃料,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,他的頑固基於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,他感到自己屬於年輕一代,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誌《數學年鑑》發表著名論文,他宣布所謂黑洞的猜想「缺乏說服力」,這種現象並不存在於真實的宇宙中。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,一顆恆星崩塌會越來越快地旋轉,以無限能量的光速旋轉,遠早於它成為「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』不存在於物質現實中」。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·斯尼德發表一篇關於持續引力的論文,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恆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。(環球網科技)


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