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黑洞起源与发展:相对论百年故事中的物理与数学

时间:2023-11-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:不过历史上第一个提出黑洞观念的人,应该是英国的科学家米歇尔。图3-1若初始速度小于逃逸速度,物体终会掉回地面;若大于逃逸速度,则物体会一去不回著名的法国科学家拉普拉斯在1796年也独立地提出黑洞的观念。可能是这个原因,1808年在此书的第三版中,这个有关黑洞的猜想,就被拉普拉斯删除掉了。

黑洞起源与发展:相对论百年故事中的物理与数学

自从美国物理学家惠勒(John Archibald Wheeler,1911—2008)在20世纪60年代提出“黑洞”这个有趣的名字以来,这个能吞噬一切、连光也逃不出其魔掌的怪物,早已深入人心。不过历史上第一个提出黑洞观念的人,应该是英国的科学家米歇尔(John Michell)。他在1783年的一篇研究双星系统的论文中,虑及物体从无限远处掉到星体表面的问题。他发现,如果星体的密度与太阳一样,并且其半径超过太阳的500倍,则物体到达星体表面的速度,会比光速还要快。

反过来说,假如我们在星体表面把物体扔向外层空间,物体的初始速度得超过光速,最后才不会掉回星体表面;这就是牛顿力学逃逸速度的观念(图3-1)。把这个结果套进当时流行的光粒子论中,米歇尔指出,光也无法从巨大星体表面逃逸,这种星体因此不会发光,也就成为我们现代所认知的黑洞。可惜米歇尔并没有进一步探讨这个观念,加上当时的天文学家并不认为有比太阳大500倍的巨大星体存在,这种黑暗巨大星体的想法也就慢慢被遗忘。

图3-1 若初始速度小于逃逸速度,物体终会掉回地面;若大于逃逸速度,则物体会一去不回(www.xing528.com)

著名的法国科学家拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace)在1796年也独立地提出黑洞的观念。在他当年出版的著作《宇宙系统论》(Exposition du Systeme du Monde)中,于第六章讨论到太阳系的形成时,他指出如果恒星的直径是太阳的250倍,而密度跟地球相当,则光也不能离开它的表面。不过19世纪,科学家们已经渐渐放弃牛顿的光粒子理论,而接受惠更斯(Christiaan Huygens,1629—1695)所提出的光波观点。可能是这个原因,1808年在此书的第三版中,这个有关黑洞的猜想,就被拉普拉斯删除掉了。

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