首页 理论教育 虽然施瓦西黑洞出自广义相对论,但爱因斯坦却拒绝接受这个结果

虽然施瓦西黑洞出自广义相对论,但爱因斯坦却拒绝接受这个结果

时间:2022-02-14 理论教育 版权反馈
【摘要】:虽然黑洞是广义相对论的一个预言,但是,当时的一些著名物理学家,包括爱因斯坦和爱丁顿,都拒绝接受这一结果。[81]由此可见,爱因斯坦认为,施瓦西黑洞如果存在,必然与已有的物理规律相矛盾,这个规律就是狭义相对论中任何物体的速度不能超过光速。因此,爱因斯坦拒绝接受黑洞的第二个理由是物理学的理论中不应该出现无穷大的奇点。

虽然黑洞是广义相对论的一个预言,但是,当时的一些著名物理学家,包括爱因斯坦和爱丁顿,都拒绝接受这一结果。爱丁顿认为,黑洞这个奇怪的东西,肯定不会存在于真实的宇宙中,物理学的规律一定会以某种方式阻止黑洞的存在。

1939年,也就是奥本海默提出黑洞猜想的那一年,爱因斯坦写了一篇文章,论述了施瓦西黑洞在物理时空中不可能存在[44]

在这篇文章里,爱因斯坦首先利用狭义相对论的一个规律——任何物体的速度不能超过光速,解释了施瓦西黑洞不能存在的原因,不过那时还没有“黑洞”这个名词,爱因斯坦在文章中使用的名词是“施瓦西奇点”。

爱因斯坦研究了由许多粒子产生的场,这一研究的目的是探讨,粒子系中的粒子能否向中心集中得如此密集,以致整个场显示为一个施瓦西奇点。

作为例子爱因斯坦解释了为什么黑洞不能存在。他计算了一个想象的可以用来制造黑洞的一类理想物体。那是一个靠引力相互吸引从而聚集在一起的粒子集合,集合中的每个粒子在该粒子系所产生的场的作用下,沿着圆形轨道运动,如果假定圆轨道的轴的方向是任意的,那么整个粒子系将是球面对称的。

爱因斯坦想象,让集合越来越小,他的计算表明,集合越紧密,球面的引力越强,在球面上运动的粒子为了不至于被引力拉进去,一定会运动得更快。爱因斯坦证明,如果集合小于1.5倍临界半径(原文中为周长),引力将非常强大,为避免被吸进去,粒子不得不比光还跑得快。因为,没有东西比光运动还快,所以,粒子集合不可能比1.5倍临界值还小。于是,爱因斯坦写道:“至于为什么‘施瓦西奇点’不存在于物理学的实体中,这个考察的基本结果说得很清楚了。”[81]

由此可见,爱因斯坦认为,施瓦西黑洞如果存在,必然与已有的物理规律相矛盾,这个规律就是狭义相对论中任何物体的速度不能超过光速。

另外,爱因斯坦还研究了一个理想星体的内部结构,组成理想星体的物质密度在整个星体内部是常数。这样的星体靠它内部气体的压力而避免塌缩。爱因斯坦的研究表明,如果让星体越来越紧密,为了抵挡内部引力强度的增大,星体内部的压力也会越来越高,当星体被压缩到接近于施瓦西黑洞时,星体中心的压力成为无穷大。因为真实气体不可能产生无穷大的压力,所以,爱因斯坦认为这样的星体是不存在的。

因此,爱因斯坦拒绝接受黑洞的第二个理由是物理学的理论中不应该出现无穷大的奇点。施瓦西黑洞如果存在,黑洞中心的压力和密度成为无穷大,爱因斯坦认为,无穷大的压力和密度这类现象在真实的物理实体中是不会出现的。这就是爱因斯坦拒绝接受黑洞的另一个理由。

虽然,用今天的眼光看,爱因斯坦的论述并不完美,然而这篇文章中却包含几个重要思想,例如,施瓦西黑洞如果存在,必然与已有的物理规律相矛盾,以及物理学的理论中不应该出现无穷大的结果等,爱因斯坦的这些观点对我们今天研究黑洞仍然有重要的参考价值。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈