银河系的中心住着一头野兽。它会吃掉所有走近它的东西:彗星,气体云,尘暴,小行星,恒星。任何物体都不能逃过它的“血盆大口”。
它公吞噬掉我们如一颗鹅卵石般的世界吗?
阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)的理论为解释这个威胁打下了基础。他在广义相对论中假设:空间和时间是以一种“时空连续体”的形式联系在一起的。他认为,所有掌管宇宙的物理法则都应该在时空连续体的大背景下得到解释。爱因斯坦以广义相对论作为出发点,提出新的理论,比如他重新考虑了光和恒星、行星等巨大质量的物体受到的引力效应。
很快,其他思考者开始通过广义相对论的“透镜”来窥探宇宙。即便在遭受第一次世界大战侵袭的欧洲,德国物理学家卡尔·史瓦西(Kart Schwarzschild)利用爱因斯坦广义相对论的数学方程,提出一个令人震惊的假设。
史瓦西认为,如果一个物体的质量被极端压缩,装进一个特定半径的球体,此时,要想逃离该球体需要具备的速度高于光速(就是说这里的引力如此之大,就连光也不可能逃脱),这个特定的半径就是史瓦西半径,它的大小由物体质量而定。这个半径所划分的界限也通常被称为“事件视界”。
史瓦西说,从理论上来讲,任何被这个物体的事件视界捕获的东西要逃脱都要拥有超过光速的速度。而以目前我们对宇宙的观察,还没有什么东西的速度能超过光速。如果连光都无法从中逃脱,我们也就无法从外部直接观测到他们,因而他们也被称为“黑洞”。
如果一个比太阳还重10倍的恒星被积压在一个纽约城大小的空间内,一个被称为“黑洞”的天体就形成了。
史瓦西和爱因斯坦用纸笔和复杂的数学方程对此进行了理论描述。
理论能否被实际观测证明?
爱因斯坦晚年居住在美国新泽西州的普林斯顿。他在著名的普林斯顿大学工作,住的地方就在学校附近。他经常走着去学校,不论是下雨、下雪或是晴天,都没带过帽子。邻居经常对此指指点点。那么,看起来不注意日常事务的爱因斯坦有没有放下过论文,去关注划过天空的恒星和月亮的真实的轨迹呢?
同样,史瓦西在研究爱因斯坦方程式那些年正在当兵,也很少有机会去观察夜空。
这两个人都在和想法、理论打交道。而还有一些科学家的任务是证明爱因斯坦和史瓦西的理论是对还是错。
最初,宇宙间遍布黑洞的想法并没有得到重视。史瓦西认为这个理论是优雅的数学,但是却没有一点实际的用处。造成他这种态度的原因可能是我们缺少搜寻和观察这一奇怪现象的工具。毕竟,
这个理论认为黑洞本身就是看不见的。
如果我们发现了黑洞,那么必然有两件事先发生:
1.黑洞存在的证据(包括通过间接方法获得);
2.必须发明针对要寻找的东西的合适的工具。