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这个球面半径被称为史瓦西半径,是为了纪念前面提到的卡尔·史瓦西。
作为第一次世界大战中的一名士兵,史瓦西得到了广义相对论中著名的爱因斯坦场方程的第一个精确解。
史瓦西半径写为Rs=2GMc2,其中M是黑洞的质量,G是牛顿引力常数,c是光速。
根据这个公式,地球的史瓦西半径还不到1厘米。
以此类推,太阳的史瓦西半径为3公里,这意味着如果我们的太阳被压缩成奇点,那么距这一点仅3公里之处的逃逸速度就将等于光速。
一个质量是太阳质量10亿倍的黑洞(具有109太阳质量)将使史瓦西半径扩大10亿倍(一个无旋转的点质量的史瓦西半径与其质量成正比)。
正如我将在第6章中所描述的那样,这些巨大的黑洞被认为存在于很多星系的中心。
在牛顿物理学中,这种对事件视界的描述是合理的。
事实上,在爱因斯坦和其他我们提到的人之前几个世纪,类似黑洞的物理实体是被想象出来的,而它们深刻地改变了我们对空间和时间的理解。
最早想象出类似黑洞的“暗星”
的人是18世纪的约翰·米歇尔(JohnMichell)和皮埃尔·西蒙·拉普拉斯(PierreSimonLaplace),而现在我将解释他们做了什么。
天文学的一个非凡之处在于,即使你被困在地球上也能发现关于宇宙的很多事情。
例如,没有人曾经游览过太阳,然而在19世纪后期通过分析太阳光谱探测到了太阳中存在的氦。
需要特别注意的是,这也是氦元素本身被第一次发现;它在太阳上被发现的时间要比在地球上被探测到早得多。
在更早的18世纪,关于黑洞背后的一些想法就开始形成了,特别是关于所谓的暗星的概念。
人在很大程度上是他那个时代的产物,那些饱含奇思妙想、迈出第一步的人都是这样。
约翰·米歇尔
英格兰的乔治王时代是一个相对和平的年代。
英国内战是过去很久的事情了,英格兰已经成为一个内部相对安宁的国度(距拿破仑在法国的崛起还有一段时间)。
约翰·米歇尔(图1)和他的父亲一样,作为牧师接受了大学教育并加入了英格兰教会。
作为西约克郡桑希尔的教区长,米歇尔能够继续他的科学研究,把他对地质学、磁学、重力学、光学和天文学的兴趣贯彻下去。
与当时在英国工作的其他科学家同样——比如天文学家威廉·赫歇尔(WilliamHerschel)和物理学家亨利·卡文迪许(Henrydish)(米歇尔的密友)——米歇尔能够顺应新的牛顿式思想的潮流。
艾萨克·牛顿爵士(SirIsaa)通过构想出他的引力定律,彻底改变了人们对宇宙的理解。
这个定律解释了太阳系中行星的轨道与他那颗从树上掉落的著名苹果,是受到了相同的力的作用。
图1 约翰·米歇尔,博学家
牛顿的思想允许用数学来研究宇宙,而新一代的科学家们也能够将这种新颖的世界观运用到不同的领域。
米歇尔特别关注的是利用牛顿的思想,通过测量邻近恒星发出的光来估计地球与它们之间的距离。
为此,他想出了各种方案来做到这一点,比如将恒星的亮度与其颜色联系起来;此外他还考虑了双星(一对处于对方引力束缚中的恒星)以及它们的轨道运动如何给出有用的动力学信息。
米歇尔研究了恒星在天空中特定区域的聚集情况,他将此与随机分布进行对比、检验并推断出聚集的原因是引力成团。
这些想法没有一个在当时是切实可行的:人们知道的双星很少(虽然赫歇尔正在制作令人印象深刻的关于许多双星和新天体的目录),而且恒星的亮度和颜色之间的关系也并非尽如米歇尔所认为的那样。
不过米歇尔尽力对更广阔的宇宙做了牛顿对太阳系所做的事情:对观测进行科学、合理和动态的分析,以此提供关于天体的性质、质量和距离的新信息。
米歇尔一个洞若观火的观点来自这样一个思想实验:用他的话说,就是光的粒子以“与我们熟悉的所有物体相同的方式被吸引;也就是说,受到与它们的惯性(他的意思是质量)成正比的力。
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