時(shí)間：2025-12-10 02:09:34 來源：桑間濮上網(wǎng)

“原子彈之父”羅伯特·奧本海默旁邊的黑洞插圖。(圖片鳴謝:ESO、父之父ESA/哈勃、羅伯M. Kornmesser/ Robert Lea)
（神秘的特奧地球uux.cn）據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)（羅伯特·李）：在成為“原子彈之父”之前，j·羅伯特·奧本海默對(duì)黑洞科學(xué)做出了重大貢獻(xiàn)。本海
不管是默也好是壞，奧本海默將永遠(yuǎn)與原子彈不可思議的黑洞破壞力和蘑菇云的形象聯(lián)系在一起，蘑菇云是原彈一種接近圣經(jīng)的毀滅象征。隨著今天(7月21日)克里斯托弗·諾蘭備受期待的父之父關(guān)于這位物理學(xué)家的傳記電影《奧本海默》的上映，這種聯(lián)系只會(huì)在公眾眼中得到加強(qiáng)。羅伯
但在1942年前往新墨西哥州洛斯阿拉莫斯參與原子彈的特奧研發(fā)之前，奧本海默是本海一名專注于量子物理的理論物理學(xué)家。
1939年，默也他和他在加州大學(xué)伯克利分校的黑洞同事哈特蘭·斯奈德(Hartland S. Snyder)發(fā)表了一篇題為《論持續(xù)的引力收縮》(On continuous gravity construction)的開創(chuàng)性論文，該論文使用了阿爾伯特·愛因斯坦的原彈引力理論廣義相對(duì)論的方程來展示黑洞是如何誕生的。
“奧本海默提出了第一個(gè)坍縮模型來描述恒星如何坍縮成黑洞，”英國(guó)蘇塞克斯大學(xué)的物理學(xué)教授Xavier Calmet告訴Space.com。“這個(gè)模型將黑洞的形成解釋為一個(gè)動(dòng)態(tài)的天體物理過程，即足夠重的恒星演化的最后階段。這種模式一直沿用到今天。”
卡爾梅特說，他最近自己使用了這個(gè)模型，在一篇描述考慮量子引力時(shí)黑洞坍縮的論文中。
“這個(gè)模型非常重要，因?yàn)樗诜治錾鲜强山獾摹夥匠炭梢杂眉埞P完成，不需要數(shù)值計(jì)算。因此，所有的物理現(xiàn)象都很容易追蹤，”他說。“然而，盡管它很簡(jiǎn)單，甚至可能很粗糙，但它足夠復(fù)雜，足以描述一顆塌縮恒星的許多特征。”
具有諷刺意味的是，就在奧本海默和斯奈德撰寫這篇論文的時(shí)候，該論文在很大程度上依賴于1915年的廣義相對(duì)論，而該理論之父愛因斯坦自己也在完成旨在證明黑洞不可能存在的研究。
當(dāng)然，歷史會(huì)證明奧本海默關(guān)于黑洞的觀點(diǎn)是正確的。
奧本海默推動(dòng)極限
在奧本海默提出恒星坍縮和黑洞誕生理論的八年前，另一位理論物理學(xué)家正在思考，當(dāng)恒星耗盡核聚變所需的燃料時(shí)會(huì)發(fā)生什么。
當(dāng)這種燃料耗盡時(shí)，一顆恒星不再能支撐自己對(duì)抗引力坍縮。當(dāng)恒星的外層脫落時(shí)，其核心迅速收縮，留下奇異的恒星殘骸。殘留物的性質(zhì)取決于恒星核心的質(zhì)量。
印度裔美國(guó)物理學(xué)家蘇布拉馬尼揚(yáng)·錢德拉塞卡意識(shí)到，對(duì)于質(zhì)量小于太陽1.4倍的恒星核心，由于量子效應(yīng)阻止粒子“擠壓”得太近，引力坍縮會(huì)停止。
這將被稱為錢德拉塞卡極限，任何低于它的恒星——除非它有一個(gè)恒星伴星為它提供物質(zhì)——都注定要作為一個(gè)被稱為白矮星的悶燒恒星殘余物而結(jié)束它的存在。這將是我們的恒星太陽在大約50億年后耗盡其核心的氫后的命運(yùn)。
對(duì)于至少比太陽大1.4倍的恒星核心來說，重力坍縮過程中產(chǎn)生的壓力和熱量足以引發(fā)進(jìn)一步的核聚變，氫本身聚變產(chǎn)生的氦鍛造出更重的元素，如氮、氧和碳。
最大質(zhì)量的恒星會(huì)經(jīng)歷一系列的坍縮和核聚變。但是奧本海默和他的學(xué)生想知道這條引力坍縮路徑通向哪里，因此，宇宙中最大的恒星的最終狀態(tài)是什么。
這個(gè)答案已經(jīng)由一位德國(guó)物理學(xué)家在1916年給出了。奧本海默只需要找到如何到達(dá)那里。
黑洞的兩次誕生
1915年，第一次世界大戰(zhàn)期間，在德國(guó)前線服役的天文學(xué)家卡爾·史瓦西得到了一本愛因斯坦的廣義相對(duì)論。令人震驚的是，令愛因斯坦震驚的是，在這些極其惡劣的條件下，史瓦西設(shè)法計(jì)算出了廣義相對(duì)論場(chǎng)方程的精確數(shù)學(xué)解。
在這些解決方案中潛伏著兩件令人不安的事情——被稱為“奇點(diǎn)”的地方，在那里我們所知道的物理學(xué)完全崩潰了。這些奇異點(diǎn)表明重力如此之強(qiáng)的物體的存在，以至于它們可以“吞噬”光。
其中一個(gè)奇點(diǎn)被認(rèn)為是坐標(biāo)奇點(diǎn)，可以通過一點(diǎn)巧妙的數(shù)學(xué)操作來消除。這個(gè)坐標(biāo)奇點(diǎn)將被稱為史瓦西半徑——在這個(gè)點(diǎn)上，物體的引力變得如此之大，以至于脫離其束縛所需的速度大于光速。
這個(gè)單向陷光表面被稱為“事件視界”，它代表了黑洞的外部邊界。

美國(guó)宇航局的黑洞插圖，漆黑的心被視界包圍。(圖片鳴謝:美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心/背景，歐空局/蓋亞/DPAC)
另一個(gè)奇點(diǎn)，即真正的奇點(diǎn)或引力奇點(diǎn)，不能用數(shù)學(xué)方法來處理。沒有任何東西可以移除它，所以它過去是，現(xiàn)在仍然是物理學(xué)完全崩潰的點(diǎn)——黑洞的心臟。
這是黑洞概念的理論誕生，但它沒有說這些宇宙巨人的創(chuàng)造——只是說它們可以存在。
當(dāng)愛因斯坦在1939年努力摧毀這個(gè)引力奇點(diǎn)，從而摧毀黑洞的概念時(shí)，奧本海默正在鉆研這些物體是如何存在的。
從忽略量子效應(yīng)和不考慮旋轉(zhuǎn)的簡(jiǎn)單假設(shè)出發(fā)，奧本海默讓斯奈德開始工作。當(dāng)后一位研究人員發(fā)現(xiàn)塌縮恒星上發(fā)生的事情取決于觀察者的視角時(shí)，這一發(fā)現(xiàn)得到了回報(bào)。
斯奈德的理論是，在離塌縮恒星一定距離的地方，來自事件視界附近的光源的光，其波長(zhǎng)會(huì)被引力拉長(zhǎng)，這一過程被稱為紅移，它會(huì)變得越來越紅。
同時(shí)，從觀察者的角度來看，這種光的頻率正在降低。對(duì)于遠(yuǎn)處的觀察者來說，這種頻率的降低一直持續(xù)到光被有效地“凍結(jié)”
奧本海默和他的合作者意識(shí)到，對(duì)于一個(gè)不幸與塌縮恒星表面一起墜落的觀察者來說，故事是完全不同的。處于這個(gè)位置的觀察者將會(huì)落在視界之外，而不會(huì)注意到任何有意義的東西。
當(dāng)然，在現(xiàn)實(shí)中，觀測(cè)者會(huì)被強(qiáng)烈的潮汐力“隔離”，這種潮汐力是由他們上半身和下半身的引力差異造成的。這將在它們觸及視界之前殺死它們，至少對(duì)于較小的黑洞來說是這樣，在這些黑洞中，史瓦西半徑接近引力奇點(diǎn)。
這一概念最初被稱為“凍結(jié)恒星”，因?yàn)樵诨顒?dòng)視界中光線明顯凍結(jié)。直到1967年，普林斯頓大學(xué)的物理學(xué)家約翰·惠勒在一次演講中創(chuàng)造了“黑洞”這個(gè)術(shù)語，它才獲得了一個(gè)更熟悉、更響亮的名字。
Oppenheimer和他的同事可能走了一條與Schwarzschild不同的道路，但兩個(gè)物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)仍然到達(dá)了相同的目的地:恒星體的概念如此之大，以至于它的引力捕獲了光并導(dǎo)致了無限的紅移。史瓦西有這個(gè)理論，但是奧本海默和他的同事是第一批真正理解黑洞物理誕生的科學(xué)家。
三年后，奧本海默將前往洛斯阿拉莫斯，鞏固他在歷史上和公眾心目中的地位。但是許多人，尤其是科學(xué)家，都記得他是黑洞之父。
“奧本海默對(duì)黑洞物理學(xué)和物理學(xué)整體做出了非常重大的貢獻(xiàn)，”卡爾梅特總結(jié)道。雖然公眾可能會(huì)把他的名字與原子彈和曼哈頓計(jì)劃聯(lián)系在一起，但他對(duì)物理學(xué)和天體物理學(xué)的貢獻(xiàn)受到了科學(xué)界的高度贊賞。
“他生前是最重要的物理學(xué)家之一，極具影響力，他的開創(chuàng)性工作至今仍有意義。”

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