黑洞简史:(二)基于广义相对论的初步预言
历史总是充满巧合,200多年前,因为历史巨人牛顿的观点,而且还是不能说正确的观点,由其他人,而非牛顿本人,得出了可能存在“暗星”的观点。200多年后,又一次出现历史巨人爱因斯坦,同样由其他人根据爱因斯坦的理论,得出类似的观点。
暗星问题沉寂了200多年后,1915年,爱因斯坦提出了广义相对论(General Relativity,GR),并给出了引力场方程,这是一个比牛顿的引力理论更加精确的引力理论,并且表明,引力场会对光的运动产生影响,“暗星”的存在再次有了理论基础。null
在爱因斯坦提出GR后不久,德国数学家、天文学家史瓦西(Karl Schwarzschild)就求得了Einstein引力场方程的第一个严格解。史瓦西是一位很有建树的科学家,在物理学和天文学方面都有成就,曾任哥廷根大学教授和哥廷根天文台、波茨坦天文台台长。而给出爱因斯坦引力场方程的史瓦西解,又赋予史瓦西了一些传奇色彩。1914年,第一次世界大战爆发,虽然已经年过40,史瓦西仍然参加了德军,而且达到炮兵上尉的军衔。正是在俄国战场前线,史瓦西得到了引力场方程的第一个精确解,并在1915年12月22日将结果寄给了爱因斯坦。爱因斯坦对史瓦西的结果极为赞赏,特别是之前爱因斯坦本人只得到了引力场方程的近似解,并以此对水星的近日点进动进行了解释。爱因斯坦在回复给史瓦西的信中说:
I have read your paper with the utmost interest. I had not expected that one could formulate the exact solution of the problem in such a simple way. I liked very much your mathematical treatment of the subject. Next Thursday I shall present the work to the Academy with a few words of explanation.
在爱因斯坦的协助下,史瓦西的论文发表在普鲁士科学院的会刊上,但遗憾的是,史瓦西自己没有看到他的伟大成果的发表,当时,他已经因病在俄国前线逝世。当然,虽然在俄国前线的战火中,而且身染重病,科学研究仍然给史瓦西了很多快乐,就像他在给爱因斯坦的信中提到的:As you see, the war treated me kindly enough, in spite of the heavy gunfire, to allow me to get away from it all and take this walk in the land of your ideas.
史 瓦西解描述了一个静止的、不带电的、球对称的天体外部的引力场,或者说是其外部时空的弯曲情况,通常称之为史瓦西外部解或史瓦西度规。著名物理学家史蒂 芬·霍金在写那边后来比据说比麦当娜的写真集还畅销的《时间简史》时,出版社告诉他,书里不能有公式,公式越多,读者就越少。虽然有这么一个忠告,这里, 我还是想列出史瓦西解,各位读者无需费神它是怎么来的,只关注与本文有关的信息即可。
