日本免费精品视频,男人的天堂在线免费视频,成人久久久精品乱码一区二区三区,高清成人爽a毛片免费网站

第14章大耳朵的發現

黑洞夠不夠黑，這的確是個問題！令大家大跌眼鏡的是，這個黑洞居然會輻射粒子。讓我們回到上世紀六十年代來回望一下那段腦洞大開的研究史吧！

因為微波背景輻射被找到了，這是很明顯的證據。伽莫夫他們提出的大爆炸學說現在已經在風頭上壓過了穩恒態宇宙模型，但是霍伊爾還是不相信這個理論的，一度曾經有所動搖，但他后來又反水了，提出了新的穩恒態模型。不過大家對他的理論已經普遍興趣不大了，當年那個崇拜他的超級粉絲霍金(圖14-9)也已經長大成人。他打算報考霍伊爾的研究生，但是很遺憾，霍伊爾的學生太多，就把霍金調劑給了另外一位老師丹尼斯 夏瑪。霍金這孩子很聰明，十七歲考進了牛津大學，還當上了賽艇隊的舵手，是個風華正茂，才智出眾的年輕人。可是，在牛津的一年里，他開始變得笨拙，時常摔跤，人們注意到，這個學生身體出現了問題。

在考入劍橋大學之后，他的身體越來越差，講話開始含混不清。父母帶他去做了檢查，他得了“肌萎縮性脊髓側索硬化癥”，俗稱“漸凍人”，醫生預言他活不過兩年。但是，他還是挺過來了，盡管他的生活空間越來越小，身體能活動的部分越來越少，后期他全身幾乎都不能動彈，但是這不妨礙他的大腦已經在思考那最深邃最遙遠的宇宙盡頭。這就是他的使命，不是嗎？

還好，他沒有成為霍伊爾的研究生，霍伊爾常年在外，在校園之內停留的時間都不多。很難說會有多大精力去帶學生，畢竟人家事務繁忙。夏瑪老師則不同，他能實實在在地在學校里面好好培養呵護自己的學生，特別是霍金這樣身有殘障的年輕人。老師雖然自己還是偏向穩恒態宇宙，但是他鼓勵霍金有自己的想法。夏瑪是狄拉克的學生，說起來，狄拉克是霍金的師爺，也正擁有著名聲較大的教職—劍橋大學盧卡斯數學講座教授。當初牛頓也擔任過這個教職，還是國王親批的。若干年后，霍金也將擔任這個教職，一干就是幾十年……

在劍橋上學期間，夏瑪老師時常帶著學生們外出聽講座，結識各個領域的專家學者，霍金撐著不便的身體也跟著一起去。有一次碰到兒時的偶像霍伊爾講學，霍金發現一個錯誤，不依不饒地大喊：“那個量是發散的！”，鬧得霍伊爾下不來臺。偶像又怎樣呢？吾愛吾師，吾更愛真理！

夏瑪老師的一大功勞便是把彭羅斯(圖14-10)拉來入伙，從數學領域跳過來研究相對論和宇宙學。早在二十世紀五十年代，夏瑪老師在餐館里碰上了彭羅斯，彭羅斯就顯示出了非凡的天分。后來彭羅斯和霍金也成了很好的朋友，在夏瑪老師的帶領下研究廣義相對論。彭羅斯比霍金大了十一歲，大約就是李白與杜甫的年齡差距。彭羅斯本行是數學家，在拓撲學領域有很深的功底，他把拓撲學引入了廣義相對論的研究。美國的物理學家對拓撲學并不重視，蘇聯人也不重視。郎道是蘇聯物理學界的學霸，他的入學考試號稱叫“郎道勢壘”，難度簡直變態，能考進去的都是人尖。但是郎道不考拓撲學，因此另辟蹊徑的任務就落到了英國人身上。法國人干什么去了？天知道！

這個拓撲學又是個什么學科呢？大家都玩過七巧板或者是拼圖嗎？理論上講，這也算是拓撲學。拓撲學關注位置關系，不關心大小。曾經有個笑話，有個老板想造一個動物園，這就需要去抓很多動物，然后把動物關在籠子里。這需要一大筆錢，老板就問各位專家，有沒有省點錢的辦法。大家面面相覷，有個拓撲學家發言了，他說不用去抓野生動物，動物已經被抓住了。你想啊，一般的動物園都是動物們關在籠子里，人在外邊看，現在我們把空間關系翻轉過來：把人放在籠子里，動物放在外邊，這不是一樣的效果嘛！老板大受啟發，于是世界上及時個野生動物園誕生了。果然是把人關在籠子里，動物在外邊自由自在地溜達。

故事當然是當個段子來聽，但拓撲學的思維告訴你空間的位置關系是個很深奧的東西，特別是高維空間內的拓撲結構。數學上著名的“梅比烏斯帶”和“克萊因瓶”，倒是給人比較直觀的感受。

梅比烏斯帶(圖14-11)是個彎曲的二維面，在三維空間里面反扭了一下。這是一個沒有正反面的二維空間，純粹只有一個面。你拿一支筆來涂顏色的話，可以不抬筆全部涂滿。我們假想有一種二維的小人，生活在這種二維空間之內。他就會發現，當他轉一圈返回出發點的時候，居然成了原來的鏡像，顛倒過來了，不過不要緊，他再跑一圈就正過來了。感受到拓撲學的魅力了吧！

克萊因瓶(圖14-12)是另外一種情況：這是一個有限無邊的面，但是它也只有一個面。因為克萊因瓶是三維的，要想實現只有一個面，必須有第四個維度來幫忙，就如同梅比烏斯帶一樣。二維空間，要想實現只有一個面，就必須在第三個維度里面反扭一下。我們平時生活在三維空間里，感受不到第四個維度。因此你只能想象一下，克萊因瓶下面那個交叉的地方其實并不交叉，因為，瓶子尾巴是通過另外的維度接上瓶口的，這需要強大的腦補能力，暫時就別瞎想了，拓撲學匪夷所思的地方還多著呢。

愛因斯坦的廣義相對論在戰后已經成為了物理學家們必須要了解的一門學問，不像戰前，了解的人并不多。但是對于奇點，大家意見并不統一，一個質量最夠大的恒星真的能夠一步步塌縮成為一個點嗎？這個點究竟是怎么樣的一種存在？那個早在及時次世界大戰的戰壕里被計算出來的史瓦西解就可以描述一個最簡單的一種黑洞，這個黑洞是個靜態球對稱，而且不旋轉不帶電的黑洞。不久以后，帶電的RN黑洞也被計算出來了。相對來講，帶電的RN黑洞只比史瓦西黑洞復雜了一點兒。到了60年代初，隨著對大爆炸以及恒星塌縮過程的研究。奇點問題已經繞不過去了。究竟在塌縮的恒星之中，能不能生成奇點呢？大家眾說紛紜。

蘇聯科學界相對來講比較封閉。他們與西方的學術交流還是有的，但是顯然沒那么通暢，甚至名稱術語都不統一：西方叫“塌縮星”，蘇聯人叫“冷凍星”。倒是美國的惠勒(圖14-13)在一次報告上用了“黑洞”這個詞匯。大家都覺得這個詞不錯，很傳神地描述了這一類天體的特征，于是黑洞就成了標準的稱呼。惠勒的人生跨度很長，三十年代他與玻爾一起工作過，后來在普林斯頓又與愛因斯坦成為同事。麥卡錫橫行之時，泰勒要去非美委員會作證，對奧本海默不利，惠勒連夜苦勸無效，氫彈之父告發了原子彈之父，這是科學史上的悲劇。

惠勒后來一直活到了北京奧運會前夕，是哥本哈根時代僅存的大師。他一輩子培養出不少的好學生，比如研究蟲洞和引力波的基普 索恩，提出黑洞熵的貝肯斯坦都是他的學生，我們在后文都會提到他們。

彭羅斯進入相對論領域，首先就證明了奇點的問題。彭羅斯用數學證明，奇點必定會出現，特別是黑洞里。這一套數學證明的過程用到了拓撲學，后來霍金把這個結論推廣到了宇宙起始的那一刻，宇宙的開端必定有奇點。夏瑪老師和彭羅斯以及霍金他們一伙人把劍橋變成了歐洲黑洞研究的老巢。

蘇聯人對外交流不算多，偶爾也來一趟，哈拉尼科夫做了個報告，栗弗席茲在家坐鎮沒來。他們認為黑洞里面的奇點并不穩定，在擾動之下可能有問題。當場有人提出了彭羅斯的理論，蘇聯人大驚失色，他們沒聽說過有這種理論。更加令人可怕的是他們對拓撲學不熟悉，彭羅斯的玩意看不懂。照理說，蘇聯人擔心也并不是沒道理，天體并不是的對稱形狀，同時下落匯聚的時候，能不能地同時匯聚到一個點上呢？萬一對歪了沒打中呢？萬一時間對不上，彼此錯過了呢？這是很正常的想法。

蘇聯的澤爾多維奇(圖14-14)他們一幫子人當年是搞核彈的，原子彈爆炸也遇到類似問題。核裝藥是分解成好多塊擺在個球面上，周圍全是炸藥。炸藥要極其地同時起爆，各個核裝藥塊在爆炸的推擠下，要在千分之一毫秒的時間里齊刷刷地撞到一起，同時中子源點火，時間上不能彼此錯過，空間上不能對歪一絲一毫，核彈才能順利起爆，做不到就只能放個啞炮。原子彈原理講起來并不復雜，真要做到那可是千難萬難。蘇聯人把核彈計算上用的思路移植到了黑洞塌縮上。當然啦，原子彈去引燃氫彈的過程也是類似的，黑洞計算上也可以借鑒，澤爾多維奇就是蘇聯研制氫彈的功臣之一，這種辦法很，而且大家也都信得過。好多物理學家懷疑彭羅斯他們，惠勒倒是偏向彭羅斯。要是奇點還要考慮量子效應，那又是一個頭兩個大。

彭羅斯他們沒工夫管這些事情，和霍金幾個人開始發展這套分析方法，很快，就成了一個非常厲害的體系。他們提出了新的奇點定理，一幫物理學家不得不惡補拓撲學的知識。這種情形在歷史上也不是及時次出現了，當年他們也是惡補微分幾何、惡補矩陣，現在開始惡補拓撲學。數學家動動嘴，物理學家跑斷腿啊！

后來，索恩和霍金幾個人去了蘇聯，見了見蘇聯的朋友們。栗弗席茲(圖片14-15)倒是痛痛快快地承認了錯誤。反正栗弗席茲很坦誠，他們用傳統方法也算出了一個可以穩定存在的奇點，大家殊途同歸。傳統方式能算出更加豐富的信息，拓撲學只能告訴你有奇點，卻不能告訴你別的。

奇點的問題告一段落，視界面還有問題。天體并不是對稱的，萬一是個歪瓜裂棗的形狀，塌縮過程里能不能形成個的球形的視界面呢？蘇聯的澤爾多維奇小組得出來的結果是—“天空飄來五個字，這都不是事”，略微有些起伏沒關系。在塌縮的過程里，這些不的地方會變成引力波輻射出去，變成的對稱形狀。蘇聯人一宣讀結論，西方人就感到震驚，看來鐵幕那一邊的人還是很有實力的。澤爾多維奇是研究核彈出身，后來才轉行來折騰黑洞的。計算黑洞的塌縮過程，把氫彈計算上要用到的那些壓力、激波、高溫、核反應、輻射全都用上了。

夏瑪老師經常派學生去參加各種各樣的學術會議，有時候是霍金去，有時候是別人。這一次去的是埃利斯，回來以后兩眼放光，講座上愛爾蘭的伊斯雷爾提到他算出來的結果：哪怕天體是方的，塌縮成黑洞也會得到一個球對稱的形狀。

電荷與角動量不會變成引力波輻射出去，因此不會被抹平，這兩個信息是丟不掉的。黑洞就只剩下三個信息：旋轉、電荷、質量。任何一個黑洞，有這三個信息你就能描述了，這是一個非常毀三觀的結論。普通人一定會問：吸進去的物質都哪里去了？其實這不奇怪，我們平時生活里見到的物體總可以獲得許多的信息，一塊蛋糕你可以掂量掂量有多重，也可以咬一口看看軟硬，還可以嘗嘗是甜的還是咸的。總之，一塊蛋糕包含了非常豐富的信息。我們都是通過這些信息來理解特定事物的，信息越是豐富，我們就越是覺得這個東西實在，相反就不太能接受信息越來越少的情況。氣體的信息就少多了，沒有形狀，也不一定有味道，很可能沒有顏色，了解空氣只能通過流動時產生的風和氣壓。面對黑洞，我們很不安，物質掉進黑洞里，我們熟悉的那些信息統統感受不到了。對此，我們的腦子很難接受。大家總是腦補，物質一定囤積在黑洞的內部。人總是違拗不過直覺，可物理偏偏又是反直覺的，大跌眼鏡已經是家常便飯了。

搞廣義相對論的科學家們對此并不在意，奇葩的東西見怪不怪。惠勒充分體現了他為老不尊的一面，他把黑洞信息理論稱為“黑洞無毛定理”(這個詞在西方含有XXX的意味)，物理學家們廣泛接受了這個稱呼，伊斯雷爾在自己論文里面毫不猶豫地就寫上了“黑洞無毛定理”。倒是雜志的編輯們受不了了，你們這幫子物理學家為什么都這么“污”！《物理評論》的老編輯們拒絕刊登這種含有污言穢語的文章，但還是胳膊擰不過大腿，大批的物理學家們用得不亦樂乎，編輯們也不得不接受了這個詞。這個詞翻成中文倒是看不出什么，有人還稱為“三毛定理”，倒也是蠻貼切的。

惠勒一向很頑皮，他七十歲生日的時候，正好參加學術會議。他發現沒人記得今日是他的七十大壽，一份禮物都沒收到。于是就在別人的椅子腿后面綁了鞭炮，一聲轟響，現場亂作一團……