黑洞是雞尾酒會上所有天體物理學家都最有可能被問及的天體,理由很簡單 :它離奇古怪,神秘莫測。正如知名黑洞專家、加州理工學院的理論物理學家基普·索恩所寫的 :“很多人認為,像獨角獸和惡魔壹樣,黑洞似乎更應當出現在科幻小說或古代神話裏,而不是真實的宇宙中。”
得克薩斯大學天體物理學家J.克雷格·惠勒甚至將黑洞稱為壹種文化意象 :“幾乎所有人都知道黑洞的象征意義 :張開血盆大口吞噬壹切的怪獸,任何東西都難逃其魔掌。”
和人們對“外星人”的看法壹樣,曾幾何時,“黑洞”概念荒誕無稽,純屬奇談怪論,而現在則家喻戶曉。僅是讓物理學家接受這個概念,就花費了數十年的時光。像人們喜歡引用的壹句格言所說 :所有真理的成長都要經歷三個階段,首先是遭到無情的嘲笑,然後是承受激烈的反對, 最終被當成理所當然欣然接受。黑洞理論的發展無意間成為這句格言的最好詮釋。
事實上,愛因斯坦的理論超越其身處的時代幾十年,僅僅憑借思索,他便能構建出引力模型,而實際的實驗測量只能遠遠地在後追趕。直到天文學家用先進的 科技 手段獲得了宇宙中令人驚訝的新發現。科學家們才再壹次且以更加審慎的態度看待愛因斯坦的引力觀。觀測者們於1963年首次發現類星體——在遙遠而年輕的星系中心,類星體噴射出相當於太陽輻射萬億倍的能量。類星體距地球非常遙遠,而4年後,在近得多的太空中,觀測人員偶然間發現了第壹個脈沖星——壹種快速旋轉、發出斷斷續續的射電嗶嗶聲的恒星。與此同時,衛星搭載的探測器在不同角度上皆探測到來自宇宙的強大的 X 射線流和 γ 射線流。所有這些嶄新的、令人眼花繚亂的信號表明,那些坍縮星體,比如中子星和黑洞,其毀滅性的引力和令人暈眩的旋轉使其成為無與倫比的宇宙發動機。隨著對新天體的監測不斷展開,曾經靜謐無聲的宇宙向人類展開了它生動的壹面——這似乎是屬於愛因斯坦的宇宙,在相對論之光的照耀下,到處都是巨無霸級的能量源。
天體物理學家終於發現並欣賞到了廣義相對論更深層次的美,尤其當他們將其應用於黑洞研究時。獲得1983年諾貝爾物理學獎的蘇不拉馬尼揚·錢德拉塞卡說:“它們(黑洞)是宇宙中存在的最完美的宏觀物體。”黑洞為所有物理學家帶來了他們在理論研究中夢寐以求的東西:簡潔與優美。“美是真理的光輝。”錢德拉塞卡在諾獎演講中如是說。
廣義相對論研究曾經是壹潭死水,如今則風生水起。無論在理論還是實踐上,廣義相對論大放異彩。黑洞不再是荒誕不經的怪物,而是宇宙的重要組件。在每個發育完全的星系中心,似乎都存在著超大質量的黑洞,而星系的命運很可能就掌握在它們手裏。現代觀測望遠鏡已大幅拉近了我們和位於我們銀河系中心的那個巨大黑洞的距離,人類很快就能壹睹其風采。同時,配備有全新設計的高精尖裝置的天文臺隨時待命, 探測宇宙空間中不同黑洞相撞時釋放出來的於時空中發出低沈隆隆聲的引力波①。曾任美國物理學會主席的約翰· 阿奇博爾德·惠勒在他的自傳中寫道 :“當我們意識到宇宙有多麽奇怪的時候,我們將首次了解它有多麽簡單。”
從 18 世紀 80 年代誕生關於黑洞的初步猜測,到 20 世紀下半葉大量觀測證據的出現證實黑洞的存在,黑洞概念的確立花費了人類兩個世紀多的時間。在這期間的大部分時間裏,宇宙中存在著這種奇怪天體的想法要麽被無情地忽視,要麽遭受到強烈的批判。黑洞研究者們永不言棄的堅韌和吶喊才使得科學界最終承認黑洞的存在。
現在看來,物理學界曾經如此頑固,拒不接受黑洞概念的行徑著實令人費解。黑洞理論的設想其實相當簡單 :它有驚人的質量,並且在旋轉。在某種程度上,它與電子或誇克這樣的基本物質沒有區別。然而, 物理學家抗拒的也許是黑洞的終極本質 :所有物質聚集於壹個點內。壹顆恒星竟落得如此結局,物理學家們無法接受這樣的事實。顯然,個中原因更多來自於哲學而非自然科學。有個觀念根深蒂固 :自然界不會也絕無可能如此瘋狂。值得慶幸的是,在過去半個多世紀裏,畢竟有壹些物理學家,盡管屈指可數,仍然逆流而行,不管黑洞理論在別人看來瘋狂與否,都竭力推動著黑洞研究向前邁進。
本文摘自《黑洞簡史》, 湖南科學技術出版社,作者:瑪西亞.芭楚莎