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  • 2022年10月8日 星期六

陳家强 - 史瓦西黑洞|科普空間

在第一次世界大戰開戰後一年多的一九一五年聖誕前夕,愛因斯坦收到一封從戰地寄給他的信,寄信者是天文學家、物理學家、數學家亦是正在俄國前線戰鬥的德軍中尉史瓦西Karl Schwarzschild,信中闡述一個解決愛氏才剛剛發表的廣義相對論論文中後來以他命名的引力場方程的辦法。愛氏嚇了一跳,他自己作為場方程的創造者當時連一個近似解也未找到,怎可能會有人用這麼短的時間便能得出一個如此完美的解?

史氏用的方法既簡單又直接:取一顆球狀對稱的恆星,不帶電荷,也不轉動,運用愛氏場方程去計算恆星的質量怎樣改變其周圍的時空形態。只是,史氏的計算結果容許一樣奇怪的東西:重恆星耗盡其燃料後會因其自身的引力而開始塌陷,巨大的質量會被壓縮到愈來愈細小的空間,恆星的密度因而不斷上升,直至其引力大得把附近的空間無限地彎曲,把自己封閉起來,成為宇宙中的一個奇點。當時的史氏和愛氏皆覺得這個奇點不太可能存在,其實他們倆人皆錯,奇點就是我們現在稱之為黑洞的東西。

史瓦西是在戰壕中做他的計算,所得的結果是愛因斯坦場方程發表後的第一個,亦是就算到了今天也為數不多的其中一個精確解,是引力物理學中的一個里程碑。可惜他戰鬥時中了毒氣,染上天皰瘡,寄信給愛氏後沒多久便過身,未能接收愛氏寫給他的一封充滿欣賞和敬意的回信,是科學史上的一大遺憾。
陳家强

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