第三章
补学和微分几何用来解决纯理论数学家从未想去着手解决的问题。
“黑洞”这个名词的发明使事情大为改观。没有通俗的词汇,则不仅和其他领域的人——甚至和专家交流都很困难。由于缺少一个词,实际上在研究同样问题的人,彼此都不知道。
约翰?惠勒发明了这个术语后,情形就戏剧性地改观了。这并非第一个名称,以往还用过其他术语,可惜不受欢迎。在全世界,无论是在莫斯科、美国、英国和其他地方,所有人都采纳它,他们都知道是在讲同一件东西。不仅如此,整套概念一下子就传到大众中去,甚至科幻作家也能对此说三道四。
约翰?惠勒朋友们问我:“如果黑洞是黑的,你怎么能看到它呢?”而我答道:你曾经去过舞会吗?你看到过年轻的男孩穿着黑色晚礼服而女孩穿着白衣裳在四周环绕着,他们手挽着手,然后灯光变暗的情景吗?你只能看到这些女孩。所以女孩是正常恒星,而男孩是黑洞。你看不到这些男孩,更看不到黑洞。但是女孩的环绕使你坚信,有种力量维持她在轨道上运转。
史蒂芬?霍金掉入黑洞中成为科学幻想的恐怖。可是实际上,黑洞现在可以说成是真正的科学事实。
当然科幻作家大书特书的是,如果你真的掉进黑洞中将会发生什么。一般看法认为,如果黑洞在旋转,你就可以穿过空间一一时间中一个小小的洞,而通到宇宙的另一个区域去。这显然为空间旅行提供了极大的可能。的确,如果我们要旅行到其他恒星,不用说到其他星系去,要使这种愿望将来可行,需要这样的可能性。否则的话,没有任何东西能比光旅行得更快这个事实表示,到最近的恒星来回旅行至少要花八年时间。所以别想到α-半人马座度周末了。另一方面,如果人们能穿过一个黑洞,也许他可以在宇宙任何地方重新出现。如何选择你的目的地则完全不清楚:也许你想到处女座渡假,而结果却到达蟹状星云。
但是,我只能遗憾地使期望星际旅行的观光客失望,这个假设是不成立的;如果你跳进一个黑洞,你会被撕裂并被压榨到完全不存在。然而,在某种意义上可以说,组成你身体的粒子继续在其他宇宙中存在下去。我怀疑对进入黑洞而被压制成像面条的人,知道他的粒子也许还会存在,是否会感到一些安慰。
约翰?泰勒约翰?泰勒是伦敦国王学院的数学教授。70年代他进行了许多有关黑洞的研究,写了一本这个课题的畅销书。最近他从研究宇宙学改为研究神经系统。
如果有一个黑洞非常大,由质量相当于我们星系的物质所构成,所以它的事件视界大约具有太阳系的半径。人们从事件视界掉落时没有任何特殊的感觉。然后,大约一个礼拜后、他开始感觉到压迫,他被拉得越来越长,而且变得稍微瘦一些,当然,他开始被压挤,直到变得非常长非常细,而且相当难看。两周以后他就会落到黑洞中心,然后死去。那当然是引力坍缩的问题。
可是在中心发生了什么呢?在中心,标准引力加上一点经典物理就告诉你,你会消失。这真荒谬。这太糟糕了,你正在毁灭用来做这些预言的整个模型结构。
事实上,有一次我曾充当论文竞赛的裁判,其论题是如何通过黑洞并且生存下来。我面临的问题是不知如何评奖。如果我说:“哎,那似乎是篇好论文,”则求证它的正确性唯一方法是,按照实验落到黑洞中去——我假想你会要求该论文作者和你同行。可是问题在于,如何把结果告诉世界上其余的人?你是否得带着要颁给他们的奖一起去呢?他们到达中心时要如何处理那个奖呢?
实际上,由落到黑洞中心的物体会突然消失这个事实可知,引力和经典物体模型本身包含了它毁灭的原因。现在,当它也许在最后的十万亿亿亿亿亿分之一秒的时间里被极力压缩,就在那一