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霍金:黑洞其实并不黑

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物理学史上,惠更斯的波动光论与牛顿的粒子光论交锋,堪比哲学史上洛克与莱布尼兹关于人类理智的论战。光如果是粒子,就会在交叉时发生碰撞而改变方向,不会形成光束;光如果是一种波,就能绕过障碍物,而不会形成影子。那么光究竟是波还是粒子呢?量子力学给出了答案——光具有波粒二象性,既可以看作波,也可以看作粒子。这样,辩证法的矛盾论再次战胜了形而上学的非此即彼。

从波的角度看,光如何应对引力,我们还不清楚。但如果认为光是由粒子,那么就可以推断,光也会像火箭、飞机、炮弹一样,受到引力的作用——也就是说光会也被天体所吸引。

什么是黑洞?

根据光被引力吸引的假设,1783年剑桥的一位教师约翰·米歇尔发表了一篇论文。文中指出,存在某种质量足够大且致密的恒星,它们可能有很强的引力场,以至于光都无法逃逸出去。这种恒星由于引力太大,所以它表面所发出来的光在传播出去前又被吸引了回去。因此我们看不到它们,但能够检测到它们的引力。

几年后拉普拉斯也提出类似的观点,但他很快又放弃了,因为他认为光不可能像火箭那样,因为引力的作用而减慢或加快,更不可能在已经发出后又被引力吸收回去,它只会不停的上升,远离发射体。

广义相对论认为光和物体的运动一样,受到引力场的作用,会偏向引力源。光在恒星表面附近稍微向内偏折,恒星的质量越大、引力场越大,光的偏折就会越大。基于此,英国物理学家罗杰·彭罗斯运用广义相对论中光锥的行为方式以及引力总是吸引的事实,证明:在自身引力作用下而塌缩的恒星,会被限制在某一区域内,该区域的边界最终会收缩至大小为零。这意味着,该恒星的全部物质将被压缩入一个零体积的区域内,因此物质密度和时空曲率变成无穷大。


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