黑洞有沒有毛

【專家解說】：霍金2016年BBC演講：黑洞到底有沒有毛？
2016年1月，斯蒂芬·霍金在英國(guó)BBC的年度節(jié)目Reith Lectures中發(fā)表演講。

我要講的主題是黑洞。有句話說：真相比小說更不可思議。就黑洞而言，沒有什么能比它更加真實(shí)了。黑洞比科幻作家編制出來的任何故事都要奇妙，但它同時(shí)又有著堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。大質(zhì)量恒星在自身重力作用下會(huì)發(fā)生塌陷，剩下的物質(zhì)會(huì)怎么樣呢？科學(xué)界對(duì)這些事的認(rèn)識(shí)較晚。愛因斯坦在1939年的一篇論文中提出，恒星無法在重力下坍塌，因?yàn)槲镔|(zhì)在超過某個(gè)臨界點(diǎn)后無法被壓縮。很多科學(xué)家都認(rèn)同了愛因斯坦的直覺。主要的異議來自美國(guó)科學(xué)家 約翰·惠勒 (John Wheeler)，他可謂黑洞領(lǐng)域的英雄。在上世紀(jì)50年代和60年代，他強(qiáng)調(diào)很多星星最終都會(huì)坍縮，并指出了理論物理的很多問題。同時(shí)，他還預(yù)言了恒星坍縮后形成物質(zhì)的諸多屬性，也就是現(xiàn)在說的黑洞。

一顆恒星生命歷程的大部分時(shí)間里，長(zhǎng)達(dá)幾十億年，它都靠自身核反應(yīng)所產(chǎn)生的熱壓來抵抗其自身重力，氫在反應(yīng)中轉(zhuǎn)變成了氦。不過最終，恒星還是會(huì)耗盡它的核燃料，然后收縮。有些情況下，它可能會(huì)演變?yōu)橐活w白矮星。蘇布拉馬尼揚(yáng)·錢德拉塞卡 (Subrahmanyan Chandrasekhar) 在1930年提出，白矮星的最大質(zhì)量約為太陽的1.4倍。蘇聯(lián)物理學(xué)家列夫·朗道曾計(jì)算出全部由中子構(gòu)成的星體的最大質(zhì)量就與此相近。

那數(shù)不勝數(shù)的星星，那些比白矮星或中子星更重的星星，當(dāng)耗盡它們的核能量時(shí)，最終的命運(yùn)是什么呢？原子彈之父羅伯特·奧本海默 (Robert Oppenheimer) 研究了這一問題。在1939年的幾篇論文中，他與喬治·沃爾科夫 (George Volkoff)、哈特蘭·斯奈德 (Hartland Snyder) 一起指出這樣的星體無法靠壓力來支持。在沒有壓力的情況下，通常球形均勻體系的恒星將收縮成具有無限密度的一個(gè)點(diǎn)，即所謂的奇點(diǎn)。我們關(guān)于宇宙的所有理論都建立在時(shí)空是光滑而扁平的假設(shè)上，它們會(huì)在奇點(diǎn)瓦解，在那里時(shí)空的曲率是無限的。這標(biāo)志著其自身時(shí)間的終結(jié)——這也正是令愛因斯坦非常不爽的事情。