1916年，史瓦西給出了廣義相對(duì)論的第一個(gè)嚴(yán)格解，描述了最簡(jiǎn)單天體（靜止、不帶電、球?qū)ΨQ(chēng)體）周?chē)鷷r(shí)空的曲率。 然后，史瓦西發(fā)現(xiàn)所有恒星都有史瓦西半徑。 如果恒星的實(shí)際半徑小于其史瓦西半徑，那么它就會(huì)變成黑洞。
例如，太陽(yáng)的史瓦西半徑為3公里，地球的史瓦西半徑為9毫米。 如果我們把太陽(yáng)的半徑壓縮到3公里以下，太陽(yáng)就會(huì)變成黑洞； 如果我們將地球半徑壓縮到9毫米以下物理學(xué)家引力，地球也將變成黑洞。
作為一位才華橫溢的天文學(xué)家，史瓦西非常清楚新廣義相對(duì)論的引力場(chǎng)方程對(duì)天文學(xué)家意味著什么。 他以極大的熱情很快完成了這些工作，并得到了愛(ài)因斯坦的大力支持。 受到贊賞，他的工作也標(biāo)志著現(xiàn)代黑洞理論研究的開(kāi)始。
然而，正當(dāng)我們都以為史瓦西會(huì)繼續(xù)在這一領(lǐng)域進(jìn)行深入研究，給我們帶來(lái)更多驚喜時(shí)，史瓦西卻在1916年5月突然去世了（當(dāng)時(shí)他年僅43歲）。 這讓我想起了第一位深刻理解狹義相對(duì)論意義的數(shù)學(xué)大師閔可夫斯基（也是愛(ài)因斯坦的大學(xué)數(shù)學(xué)老師）。 他剛剛將愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論的物理思想幾何化。 正當(dāng)他準(zhǔn)備在狹義相對(duì)論領(lǐng)域努力奮斗時(shí)，1909年突然因急性闌尾炎去世（45歲，現(xiàn)在想想，切闌尾就像切西瓜一樣容易）。
史瓦西去世后，這一領(lǐng)域的研究暫時(shí)中止。 一方面，當(dāng)時(shí)量子力學(xué)的革命正如火如荼地進(jìn)行，量子力學(xué)吸引了眾多物理學(xué)家的關(guān)注； 另一方面，在廣義相對(duì)論——黑洞領(lǐng)域，理論物理學(xué)權(quán)威愛(ài)因斯坦和天文學(xué)權(quán)威愛(ài)丁頓并不相信存在黑洞這樣密度無(wú)限的怪物。
奧本海默的工作
1939年，年輕的奧本海默根據(jù)廣義相對(duì)論證明：當(dāng)一個(gè)無(wú)壓球體在自身引力作用下塌縮到史瓦西半徑時(shí)，如果此時(shí)球體的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量，那么引力塌縮后不可能達(dá)到任何穩(wěn)定狀態(tài)，只能形成黑洞。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)：如果球體塌陷到史瓦西半徑以下（事件視界內(nèi)），則不再有任何其他力可以與重力競(jìng)爭(zhēng)，球體除了繼續(xù)塌陷之外沒(méi)有其他出路。
奧本海默和斯尼德還利用廣義相對(duì)論準(zhǔn)確地研究了理想球形、不旋轉(zhuǎn)、不輻射的恒星的塌縮過(guò)程。 他們通過(guò)精確的數(shù)學(xué)計(jì)算得到的公式向我們描述了這樣一幅圖景：如果我們?cè)谶h(yuǎn)離恒星的地方觀看恒星的塌縮，我們會(huì)看到當(dāng)恒星塌縮到事件視界時(shí)，它會(huì)完全凍結(jié)。 如果我們站在恒星表面觀察它，我們會(huì)看到塌縮很快穿過(guò)事件視界，然后迅速塌縮。
這個(gè)結(jié)論是從廣義相對(duì)論推導(dǎo)出來(lái)的，但當(dāng)時(shí)的大多數(shù)物理學(xué)家拒絕相信這個(gè)結(jié)果。 大多數(shù)人認(rèn)為，面對(duì)如此強(qiáng)大的引力，廣義相對(duì)論可能不成立，而且即使它成立，奧本海默的解釋也可能不正確。 本來(lái)，出現(xiàn)這種事情是很正常的。 物理學(xué)家對(duì)于接受理論或結(jié)論非常謹(jǐn)慎。 但只要出現(xiàn)這種情況，大家都可以坐下來(lái)分析討論，通常很快就能達(dá)成。 新的共識(shí)。
但關(guān)鍵是那是1939年，二戰(zhàn)爆發(fā)前夕，我們都知道奧本海默是曼哈頓計(jì)劃的負(fù)責(zé)人。 因此，這些物理學(xué)家將不再有時(shí)間研究黑洞，而必須研究核武器。
黃金年齡
二戰(zhàn)和冷戰(zhàn)消耗了物理學(xué)家太多的精力，直到20世紀(jì)60年代和1970年代才迎來(lái)了黑洞研究的黃金時(shí)代。這個(gè)時(shí)代有我們熟悉的霍金和彭羅斯。
很多人對(duì)黑洞的理解只是：黑洞是一種密度大到連光都無(wú)法逃脫的物體。 黑洞內(nèi)部存在一個(gè)密度無(wú)限大的奇點(diǎn)。 這種奇點(diǎn)使物理定律失效。
我在上面兩篇文章中也說(shuō)過(guò)，要真正解開(kāi)奇點(diǎn)之謎，用來(lái)整合量子力學(xué)和廣義相對(duì)論的量子引力，直接面對(duì)這樣的奇點(diǎn)實(shí)在是太困難了。
然而，與其直接面對(duì)奇點(diǎn)，不如研究黑洞其他方面的特性呢？ 比如地平線，比如放射線。
黃金時(shí)代的物理學(xué)家在這里探索了一些非常有趣的事情。
首先，大家共同努力，發(fā)現(xiàn)黑洞是沒(méi)有毛的：無(wú)論黑洞是否有磁場(chǎng)，或者坍縮前是否有不規(guī)則的凸起，最終都會(huì)形成一個(gè)理想的球形非磁化黑洞。
然后，彭羅斯和霍金證明了一個(gè)奇點(diǎn)定理（每個(gè)黑洞都必須有一個(gè)奇點(diǎn)），而彭羅斯也根據(jù)自己的直覺(jué)認(rèn)為不存在裸奇點(diǎn)，這意味著所有奇點(diǎn)必須被事件視界包圍。 和。 但他無(wú)法證明，只能稱(chēng)之為宇宙監(jiān)督猜想。
接下來(lái)，霍金首先發(fā)現(xiàn)了面積定理（當(dāng)兩個(gè)黑洞合并成一個(gè)大黑洞時(shí)，新黑洞的事件視界面積一定大于兩個(gè)原來(lái)面積的總和），然后證明了霍金輻射，指出黑洞不只是吃東西。 ，它也會(huì)蒸發(fā)輻射并變小。 這一發(fā)現(xiàn)極大地改變了人們對(duì)黑洞的認(rèn)識(shí)。
最后，霍金和彭羅斯這兩個(gè)英國(guó)名字經(jīng)常出現(xiàn)在上述定理中。 別以為黑洞的重要工作是英國(guó)人完成的。 比如著名的霍金輻射，就以霍金的名字命名，因?yàn)檫@個(gè)定理是由霍金證明的，但這個(gè)想法實(shí)際上是由蘇聯(lián)物理學(xué)家澤爾多維奇提出的。 霍金只是用數(shù)學(xué)手段來(lái)證明他的想法。 當(dāng)然，這個(gè)證明過(guò)程當(dāng)然也是非常重要的。
英國(guó)大學(xué)本科階段主要學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，博士階段只在數(shù)學(xué)和物理之間進(jìn)行選擇，而美國(guó)大學(xué)本科階段可以選擇物理。 這樣做的結(jié)果是，英國(guó)物理學(xué)家的數(shù)學(xué)能力比美國(guó)和蘇聯(lián)的物理學(xué)家更好（因此他們可以完成這么多證明），但他們的物理直覺(jué)和對(duì)物理本質(zhì)的把握卻較差。
結(jié)論
黃金時(shí)代過(guò)后，黑洞一側(cè)的情況慢慢消散，物理學(xué)家又回到了其他事情上，比如研究超弦理論。
為什么大家都撤了？ 是因?yàn)楹诙磫?wèn)題已經(jīng)被研究透了嗎？
當(dāng)然不是。 即使有了黃金時(shí)代的新成果，對(duì)黑洞的研究仍然只是觸及表面，更不用說(shuō)奇點(diǎn)的終極BOSS了。 然而大家卻發(fā)現(xiàn)，以目前的理論水平，似乎關(guān)于黑洞能研究的都研究完了，沒(méi)研究的就無(wú)法研究了。 如果工具不好，光盯著是沒(méi)有用的。
也許廣義相對(duì)論只能讓我們到目前為止。 我們對(duì)廣義相對(duì)論和量子力學(xué)了解不夠，無(wú)法將它們深度整合。 如果我們想更深入地了解黑洞，就必須重新完善新的工具，而超弦理論聲稱(chēng)能夠整合廣義相對(duì)論和量子力學(xué)。 力學(xué)，一把能夠統(tǒng)一一切基礎(chǔ)力量的屠龍刀。 但現(xiàn)在看來(lái)，這把超級(jí)弦刀只是半成品物理學(xué)家引力，甚至連半成品都算不上。 不清楚是屠龍刀還是殺豬刀。
但物理學(xué)家有選擇嗎？ 你要拉出來(lái)才知道是騾子還是馬。 超弦到底是屠龍刀還是殺豬刀，你得親自嘗試一下才知道。 而且，至少世界各地的人們還在交流超弦這樣的流行理論，但并不是每個(gè)人都有。 憑借愛(ài)因斯坦的能力，一個(gè)人可以從叢林中開(kāi)辟出整個(gè)世界。
本來(lái)不想寫(xiě)這么簡(jiǎn)史的，只是一揮手就發(fā)生了~
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