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史瓦西解(史瓦西解爱因斯坦场方程的解题过程)

wangsihai

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老子《道德经》第二十五章描述的是不是黑洞?

道德经第25章: 有物混成,先天地生。寂兮寥兮 ,独立而不改,周行而不殆, 可以为天地母 。吾不知其名,强字之曰道 , 强为名曰大。大曰逝,逝曰远,远曰反。故道大,天大,地大,人亦大。域中有四大,而人居其一焉 。人法地 ,地法天, 天法道,道法自然。

读解:

    有一个物体在混沌中形成,在天地形成以前就已经存在。听不到它的声音也看不见它的形体,寂静而空虚,不依靠任何外力而独立长存永不停息,循环运行而永不衰竭,可以作为万物的根本。我不知道它的名字,从运转繁衍方面来说称它为“道”,从运转控制的物质量的方面说道大。从道控制的物质量大说到道控制的物质运动很快,从道控制的物质运动很快说到道控制的物质运动距离很长,从道控制的物质运动的距离很远长说到道控制的物质运动的回归。所以道大排第一,天大排第二,地大排第三,人也大排第四。宇宙群体中有四个大群体,人只是其中的一个群体。所以人效法地,地效法天,天效法道,道效法自然。

太上邪神心得:道是宇宙黑洞

注释:

强:天地自强不息,强:运转,

为:驱使大象去劳动,控制。

“字”的本意:在家生孩子,繁衍。

逝本义:走得太快,很快就消失了。

反:还归,回。后多作“返”。

道德经的成书目的,一定只是表达“道”的一个目的。“道”的阐述和表达是非常的难的,老子区区五千字能够把道阐述的这么完美已经是前无古人后无来者了,所以书中不能只有机会再去写其他的东西。道德经整篇都采用比喻的方式去阐述“道”的状态,所以自古很多人用很多的角度去注解道德经,比如军事角度、商业角度、做人的角度等。但是作者的本意一定只是尽全力去阐述“道”。我们在看书的时候只能沿着作者的思维去思考,不能偏离中心思想。

有物混成,先天地生,这就是宇宙的状态

寂兮寥兮,独立不改,周行而不殆。昏暗无声的宇宙沿着固定的规律运转从不停歇。

可以为天地母。吾不知其名,字之曰道 这就是天地初开的状态,没有办法用贴切的名字表达它,所以勉强用“道”之一字为名

大曰逝,逝曰远,远曰反。故道大,天大,地大,人亦大。域中有四大,而人居其一焉

这就是表达了,说它大、逝、远、反。而天地人对应着道在生长旺衰,都是效法天地,效法自然 效法道而

所以说《道德经》第二十五章可以说描述的还是宇宙,而不单单是黑洞。除非整个宇宙就是一个巨大的黑洞

“史瓦西解”得出的黑洞在天文和哲学中的碰撞

虽然,时间流逝光阴难复返,但那些对后世产生重大影响的巨著依然会流芳百世。在《道德经》中,“道可道,非常道;名可名,非常名。”是我们很多人都耳熟能详的节选自第一章节的内容。年少时的我们,虽然能记下、能领会浅层面的含义,但并不知其中深意。

在宇宙面前,人类的确太过渺小,尽管我们一直在试图通过自己的努力,对这个未知的世界有更充分的了解。从地心说、日心说,再到现在的宇宙有界无边,我们的认知一次次被刷新。

当黑洞的首张照片面世之后,这个通过爱因斯坦方程式中求得的“球对称外引力场的史瓦西解”得出的神秘天体,让我们更加确定了它的真实存在。这个世界上有很多奇妙的事情,当我们对黑洞有了一定的了解之后,然后转过头来看老子《道德经》中第二十五章中的内容时候。

你可能会发现,内容中描述的主体竟然和黑洞有诸多相似之处。这也是为什么有不少同样对宇宙 探索 和《道德经》都感兴趣的人会提出一个疑问,那就是:老子在《道德经》第二十五章中描述的是不是黑洞?

老子《道德经》的第二十五章说了什么?

对于那些可能对第二十五章内容并不了解的人而言,我想,有必要将原文再次在本文中呈现:“有物混成,先天地生。寂兮寥兮,独立而不改,周行而不殆,可以为天下母。吾不知其名,字之曰道,强为之名,曰大。大曰逝,逝曰远,远曰反。故道大,天大,地大,人亦大。域中有四大,而人居其一焉。人法地,地法天,无法道,道法自然。”,便是这个章节的全部内容。

而将其直译过来的意思大概为:在我们的天地形成之前,就有一个东西浑然而成。我们不能通过自己的眼睛看到它是什么样子,也无法通过耳朵听到它的声音。这个空虚又寂静的物体,可以在不依靠任何外力的情况下生生不息。具有规律运转活动的它,似乎永远都不会衰竭,就像是所有事物的根本一般。

因为无边的它太大,并不停地扩张似的运行着,并在之后地时间里又变成原来地样子。所以,我将其称为“道”,也叫做“大”,道大、天大、地大、人也大。在这个宇宙中有四大存在,而人便是其中之一。人效法地,地效法天,天效法道,道则以随遇自在作为法则。

《道德经》第二十五章描述的是不是黑洞?

这个问题的答案,我们可以将章节内容和黑洞的特性进行对比来看。首先需要说明的是,这个世界上并不存在永不衰竭的物体,即便它的确像章节中描述的那样,会在其运转的过程中吞噬周围的物体实现自身的成长。

存在于宇宙中的不同黑洞,它们在形成方式上也有所不同,而其中一部分的确是在我们的地球(所谓的天和地)形成之前就已经存在。黑洞之所以神秘,的确是因为我们暂时还无法直接探测到它的存在。目前对其进行的所有研究,都是通过它对周围物体带来的影响进行观测的。

但是,宇宙中以我们目前的探测技术还无法直接看到的物质,并不是只有黑洞这一种。比如,暗物质和暗能量都是宇宙中充满未知的神秘存在体。事实上,黑洞也拥有不同的类型,并不都会有规律的运转行为。

当我们按照其物理性质(电荷、质量和角动量)进行划分的时候,黑洞拥有五个类别,它们分别是:与其他黑洞相互绕转的黑洞双星黑洞、被称史瓦西黑洞的不旋转且不带电荷的黑洞、被称为称克尔黑洞的旋转不带电黑洞、被称R-N黑洞的不旋转带电黑洞,以及被称克尔-纽曼黑洞的一般黑洞。

事实上,黑洞并不是宇宙万物的根本,而且,它还具有吞噬周围物体的特性。黑洞拥有极强的引力,只要物体的位置到达事件视界以内,不管你是什么物体都会被其无情吞噬,哪怕是光也不会例外。

对于较小的黑洞而言,还存在所谓的“霍金辐射”问题,这也是此类黑洞爆炸毁灭的根本原因。简而言之,《道德经》第二十五章描述的物体,虽然与黑洞存在一些相似之处,但依然存在着许多不同的地方。

所以,倘若将黑洞与被描述物体划等号是不准确的。但也不得不说,不管是遥远的古代,还是科学日益发达的当代,都存在着许多具有传奇色彩的人物。而他们的存在,也都无一例外的推动了人类 社会 向前发展。黑洞,纵然当下的我们对其了解有限,但相信在之后的时间里,它的神秘面纱将会被科学家们层层揭开。

你说的黑洞,也有可能会是白洞,在其它章中有类似说,二十五章中说的是道,老子说:知其白,守其黑,为天下式(白中黑洞或黑点),知其荣守其辱,为天下谷(黑中白洞或白点),老子说:天下万物生于有(黑),有生于无(白),万物负阴而抱阳冲气以为和(太极图象不是吗?),谷神不死,是谓玄牝,玄牝之门是谓天地之根,这不是人体中之洞吗?无中有(黑洞),有中无(白洞),阳中负阴(黑洞),阴中抱阳(白洞),无中生有,有中化无,无名天地之始,有名万物之母,无观其妙,有观其缴,知其白,守其黑,为天下式(有或黑洞),知其荣,守其辱,为天下谷(无或白洞),老子的无有论就是对宁宙世界观的自然科学,生命科学认知的清明的描绘,五章中曰:天地之间,其犹橐籥呼?虚而不屈,动而愈出,多言数穷,不如守中,六章中曰:谷神不死,是谓玄牝,玄牝之门,是谓天地之根,其言中间,之门不就是洞吗?其犹橐籥呼?

所谓“黑洞世界”与“白洞世界”,都是相对而言的自然存在,这也是西方表达范式对宇宙认识的“名可名非常名”。以中国式“道术用”与“时势位”天人合一有无相生阴阳易变系统运动思维来看,“黑洞世界”与“白洞世界”能量守恒的互相转化,就是宇宙生态大系统有无相生的循环往复。这一点,从《道德经》二十五章和二十八章中就能管窥一斑。

现代流行版本《老子》第二十五章原文:“有物混成,先天地生。寂兮寥兮,独立而不改周行而不殆,可以为天下母。吾不知其名,字之曰道,强为之名曰大。大曰逝,逝曰远,远曰反。故道大天大地大人亦大,域中有四大而人居其一焉。人法地,地法天,天法道,道法自然。”

这段话的大意是,有一个混然而成的自然存在,就是天地产生以前的状态。它无声无影,空旷寂静,独立自主自由自在本性不改,并且自然而然周而复始永不衰竭地运行着。可以说,它就是天地万物之母。我不知道它的名字,就把它写成道,再勉强给它起个名字叫做大。它看似胸怀博大包罗万象而又无声无形,可以说是悄然消逝。它看似消逝地杳无音信,可以说是遥远无际。它看似行迹遥远却又悄然回来了,可以说是周游一圈又返归本原。所以说,道大、天大、地大、人也大,宇宙世界有四大而人居其一。人摆脱不了地的法则,地摆脱不了天的法则,天摆脱不了道的法则,而道的法则本来就是自然法则。

再看《老子》第二十八章原文:“知其雄,守其雌,为天下溪。为天下溪,常德不离,复归于婴儿。知其荣,守其辱,为天下谷。为天下谷,常德乃足,复归于朴。知其白,守其黑,为天下式。为天下式,常德不忒。常德不忒,复归于无极。朴散则为器,圣人用之,则为官长,故大智不割。”

这段话的大意是说,明知什么是“高大上”的阳刚强势,自己却固守“下小低”的阴柔弱势位置,就像是天下最低的山涧溪水。不过,谁甘愿做天下最低的山涧溪水,就不会丧失道法自然上善若水的天德,从而复归于婴儿般的自然纯真。明知什么是得宠的荣耀,自己却固守经常遭人鄙视的平凡状态,就像是天下最深的山谷沟壑。谁甘愿做天下最深的山谷沟壑,道法自然上善若水的天德就会自然充盈,从而复归于淳厚朴实的本性。明知道什么是物质世界奢华享受的有形之象,自己却艰苦朴素固守精神本原的无形之气,甘愿以身示范为天下树立先知先觉的新生活样板。甘愿做天下先知先觉的新生活样板,道法自然上善若水的天德就不会有差失。道法自然上善若水的天德就没有差失,就会复归于“致虚极守静笃”的“没身不殆”。淳朴本原的无形之气经过运动转化,就可以变成有形之象的器物。得道者能够这样不断创造出百姓生活需要的实用产品,才有资格成为治理一方的领导。因此,天下大治的大智大慧,就体现在这样一个自然世界与人类 社会 不可分割的完整系统良性循环。

老子《道德经》第二十五章所描述的会不会是黑洞?

谢谢你邀答:老子第二十五章所说的有物混成,先天地而生,寂兮廖兮,独行而不殆。可以为天地母,吾不知其名,字之而曰道,强之名曰大,大曰逝,逝曰远,远曰反,故道大,道法自然。老子以幻想的方式去,结识宇宙的,初始的,形成状态。不知道何其名,但先天地生寂寞空旷的宇宙,一个朦胧混成的天体大曰逝,逝曰远,远曰反,知其白,而守其黑。叫不出名字的,给后来的我们,增添了科学幻想的机会,即然老子叫不出来的名字,那么,我们今天斗胆,冒天下之大不韪,给它喊出一个响亮的名字——太阳,是不是可以呢?

黑洞,白洞。即是夜与昼的论流转换,大曰逝,逝曰远,远曰反。我理解为太阳的运动规道,也为天道,于识地球围绕太阳之转动,为之地道。是水孕养了万物生命,产生了人类之人道。天道,和地道同人道并和为一,即天地人的合一。自然赋予人类山川,河流,树木,以及鸟语花香,龙凤呈祥,月在西天落,日出东方霞,和好景盛。不正是老子《道德经》中所描绘的,天人合一, 社会 和谐国家富强的,今日之中国与未来之中国和平之气象。那是黑洞么?我幻想,不,不是黑洞,那是什么图画?

我理直气壮的回答,她是中国的过去,她是中国的今天,更是中国屹立在世界东方的美好未来。

李耳《道德经》第二十五章,半疯说用灰色心说这篇见解,一,半疯道人小时候听传承道学,说李耳是果木图落适族的古传承人继,也是恶鱼庄的外孙传有《心说经》第六幅图的易变识符解与第七幅图的阴阳变识符解的阳变有一项课心说的道。所以,半疯在这个世纪头二年在看《道德经》,是别人给的。二,第二十五篇,李耳讲:“有物混成,先天地生,寂兮寥兮,独立不改,周行而不殆,可以为天地母。”而《心说经》第六幅图易变解,记得,天地啊是怎样形成的,它原本是一团物态混沌之块云有真气,别看现在宇宙所有天地,本来是孤独的存在先,始终在运动不知道用什么能悟到,这原因她它们的存在也明,只知可以识别出来是物态的先混沌之块气云就是天地之母……。与李耳的以上指差不多口维记比更清楚这那些的存在。三,接上李耳讲:“吾不知其名,宇之日道,强为之名日大,大日逝,逝日远,远日反,故道大”。半疯说解,我感悟到李耳不知叫什么好来定名,只能说用无名天地之始来描述物态混沌的开始,如用文字来表达,聚在一起的后有她,就象一个强大有比易变成太阳而比太阳不知太多少倍后无为了她的离逝。半疯说灰色心说经解我感悟到它们的存在过有综合考虑,你的三生万物,我的四重生。李耳的有反复觉得后,就知有生死亡的轮回道之境而感知在,也感觉到她离逝的信息还在,是非常遥远的过去,但她留下的物态又在按自然轮回道而三生所形成新的太阳和星体与看不到的还有暗态二,三未生而不知名的物态还在,可象比喻是旦黑太阳那样在运动无发光。所以,自然之道比物态混沌大是早先。半疯说过去现在未来的路,只有按力能量在演变着的科学发展观于自然总律与自然总则才能获得人类高文明维度升的纯 社会 永续发展。四,接李耳说:“天大、地大、人亦大,域中有四大,而人居其一焉。”是指现在的宇宙虽有知天大、地大,是当人类有一项课心说全后就知道,古人亦大、域中有四大,而人居其一焉。李耳是指,还有一大比所有的一切还要大不知谁是子,只知道它们的存活于自然中的存在半疯说,是术变数变的自然总律与自然总则的存在。人法地,地法天,天法道,道法自然。人有一项课心说全时可以在地球上有道法改变地球,当地球的生态破坏后,地球的道法要相对平衡去改变天气而变气候时;天法道,就更变天气气候,这都道法趋势于级升的变化。半疯说用《毒心经》解,人类只有重拜于自然的生殖崇拜,人类才能不灭而永续,当生殖崇拜消失,人类离死之依不遥远了。当人类有超自然用半疯说的法则可用时,万物的毁灭就同样也不远了的存在。因人类无高文明维度升无智慧效能办乃在这时代,就出周期性历害于杂 社会 的你争我夺他抢与战争是毁灭一切的开启。所以,半疯说过去现在未来的路,人人都有获得美好生活差不多的存在,人类只有高文明维度升,人人有一项课心说全的纯思维模式去作一项项科学发展观地开发,下一代接一代又一代的人脑功能开发全,人人都有一项或多项课心说脑功能全的能闭环运算,而不出瑟瑟发抖的智障式这那二疯病因得开启而毁灭世界了的存在。这时,随着把科学技术当武器能使用的人人增加和人类因过贪欲望于爱理,这那为名权钱鼠钱的腐蚀和温水煮青蛙的待遇腐败济效应后出知可怕。如人脑功能开发不全就容易出周期性历害杂 社会 ,人你用半疯说灰色心说去观古今中外,这那些人都是大脑开环运算而无闭环运算时间所就出一代时时空有了二疯病毒素无解不释的存在,就出周期性历害于杂 社会 的动乱。以上有发布简单介绍所以请代名……697输入查!祝人类人人都有一项或多项课心说全的纯思维模式心理学能闭环运算有智慧效能办得开启!

《道德经》第二十五章描述的不是什么黑洞,与现在天文学上的黑洞毫无关系,老子所描述的是“道”,“道”也不是“黑洞”。

请看原文:

有物混成,先天地生。寂兮廖兮,独立不改,周行而不殆,可以为天下母。吾不知其名,强字之曰道,强为之名曰大。大曰逝,逝曰远,远曰返。故道大,天大,地大,人亦大。域中有四大,而人居其一焉。人法地,地法天,天法道,道法自然。

译文(大意):

有一种浑然而成的东西,它早于天地而生。它没有声音,没有形状,不改变自己的运行规律。它周而复始,不断循环,永不停止。它是产生天下万物的根本。我不知道怎么称乎它,只能把它叫做道,再勉强给它命个名字叫大。这个大不停地向远方延伸,延伸得很远很远,象消失了一样,但是它最终还是要反回到原来的出发点。所以说,道是伟大的,天是伟大的,地是伟大的,人也是伟大的。天地间这四个伟大,人不过是其中的一个而已。在这四个伟大中,人是效法地的,地是效法天的,天是效法道的,道是按照自然规律自成法则的。

简单解读:

老子认为,“道”是浑然天成的,无形无状,无声无息,周而复始,从不改变自己的运行规则。在天地生成之前,它就早已存在了。因此,它是产生天下万物的根本。也可以把这个浑然天成的“道”,勉强命名为“大”。这个“大”,绵绵缈缈,向四面八方延伸,而后又会回到它出发的地方。可以说,这些就是“道”的属性和形态。在本章中,老子把“道”与天、地、人并称为“四大”。这“四大”是顺应自然而运行的,即人法地,地法天,天法道,道法自然。这里要注意的是,道法自然,并不是说在“道”之外还有个“自然”,是说“道”本身就是纯任自然,或者说“道”的运行是独立自在的自然行为。老子的“四大”,是对天、地、自然运行规律的识可,特别是“人亦大”表现了老子对人的遵严的推祟和认可,是难能可贵的。

通过以上的分析和解读,还真看不出这一章的内容与“黑洞”有什么瓜葛。在老子那个时代,人们并不知道宇宙间存在什么“黑洞”,“道”也不是指“黑洞”,“道”不过是天下万物产生、发展、灭亡等诸多现象背后的力量和推手而已。

《道德经》第二十五章说:“有物混成,先天地生。寂兮寥兮,独立而不改,周行而不殆,可以为天地母。吾不知其名,强字之曰:道,强为之名曰:大。大曰逝,逝曰远,远曰反。故道大,天大,地大,人亦大。域中有四大,而人居其一焉。人法地,地法天,天法道,道法自然。”

如果只根据这一段中的“道”先天地而生,“大爆炸奇点”也是先天地而生,而认为以“大爆炸奇点”就是“道”,这就难免是断章取义了,大概既不了解“道”,也不了解“大爆炸奇点”。

这里用“大爆炸奇点”,而不说“黑洞奇点”,是因为我们目前可观测的宇宙,其诞生之前是“大爆炸奇点”,而不是“黑洞奇点”。黑洞是恒星燃料耗尽后的一种归宿,这时候早已“天地分”了。

“道”是什么?绝非天地未分之前的浑然一物,绝不是这样的。“道”是指“非二元对立”。这种“非二元对立”不仅是一种哲学概念,更是宇宙的本来面目,所以老子反复从各个角度阐述“道”、强调“道”。

所有的事物,都是二元对立下的产物。比如说,左右、高下、长短,比如说:我和我之外的事物,杯子和非杯子,电脑和非电脑。

任何一个事物A成立时,一定存在这个事物之外的背景“非A”。如果没有与这个事物截然不同的背景衬托,这个事物是无法存在的。

比如说,我拿着一张“空气纸”,在“空气纸”上写了个“空气字”,其实,什么也没有。我如果拿着一张真正的白纸,上面有个黑字,你就能看见,因为有纸之外的背景反衬,纸才成立;有白纸的衬托,黑字才成立。

所以,一切事物都是二元对立下的产物,或者说,事物A成立时,一定同时出现“非A”。而左右、高下、贵贱、善恶、美丑这类相待而成的概念,更是二元对立。

而“道”是“非二元对立”,是阴阳两仪未分之前的“太极”。所以无法描述它,因为任何描述都会陷入“二元对立”,所以老子说,我勉强叫它“道”。《道德经》通篇都不正面描述“道”(上面说了,直接描述就落入二元对立的层面,就不是道了),而是反复说什么“不是道”,把所有的“二元对立”都列出来,然后告诉你说这些都不是,你大概就能体会什么是道了。老子用的是这样一种阐述的思路。

那么,天地也是二元对立,天地未生之前就是“非二元对立”,是“道”,是“太极”。注意,这里的“天地未生之前”也不是指的“时间先后”,而是指“不同层面”。天地已生是“形而下”,天地未分是“形而上”。

《道德经》第一章说:“道可道,非恒道;名可名,非恒名。无,名天地之始,有,名万物之母。”“无”不是说“什么都没有”,是说“什么都谈不上”,“非二元对立”下就是什么都谈不上,但是什么也没失去。所以这个“无”才是“天地之始”,而不是存在浑然一物(那就是二元对立的、形而下的,就不是“道”了),更不是“大爆炸奇点”或“黑洞奇点”。

所以把天地未分之前的“道”当作“大爆炸奇点”,这就和“量子佛学”的有点像了……

图/南途北寻

文/南途北寻

这真是一个很纠结的问题啊!这样说吧,说是,不对!说不是,也不对!不说估计可能对!但要说,绝对不对!所以将错就错,错错得正!菩萨道场演双簧。老规矩,先呈上 原文 :

这么说吧,其实老子勉为其难写下这篇《道德经》为释“道”。但老子心里知道,能用洋洋五千字说“道”,其实早就“逝曰远”了。越释越远。所以老子张口开门见山:“道可道,非恒道;名可名,非恒名”。“道”就说完了。那后面的呢?那就是一张处方,与“道”无关。凡“二元对立”是为“非道”。

何为黑洞?没有这么个东西。人自己瞎想出来的。有人不服。那我问你,你看到了吗?你还是不服。会说,那大家都在说这个,媒体上都在传播。你看大家,大家看你,自己和自己玩。媒体?那是是数字信号,01010101,就这个。这是你所谓的黑洞吗?有所立,就有所成。心中有时间,“黑洞”自然就生成了。就这个道理,很简单,很自然。所谓“道法自然”。

那黑洞到底是什么?宇宙世界万物都逃不出成、住、坏、灭四个阶段,又往、复、归、去而生生不息。所以, 黑洞就是“冬至阳生” 。它是顺其自然的产物。从这个意义上讲,老子《道德经》通篇都是讲的“黑洞”。

老子开门见山一句话,道可道,非常道,名可名,非常名,道就讲完了。可为何又洋洋洒洒说了几千字?没办法,就像医生行医,给你说你的这病是什么,然后还得开处方啊!所以老子后面所讲都是围绕“识道”而开的“处方”,帮你“识道”。所以“处方”不是道。背处方是治不好病的。

所以,说是,不对!说不是,也不对!不说估计可能对!但要说,绝对不对!

以上是为拙见。若有异,望求同存异,互通有无。谢谢 。

为什么史瓦西在战争中,解出旷世难题之后就去世了?

爱因斯坦场方程是广义相对论的核心方程,通过它也能推导出运动方程。物理学家惠勒曾经说过:“物质告诉时空如何弯曲,时空告诉物质如何运动。”这描述的就是场方程和运动方程。一般来说,在其它场理论中,场方程和运动方程是独立存在的,广义相对论的这个特性使它能只保留一个方程,这是非常特殊的。

由于爱因斯坦发明了一套规则,可以取消数学上的求和符号,因此它的场方程变得十分简洁。但实际上,这个简洁的方程包含了16个方程,其中独立的方程数目有10个,再加上这个公式实际上是二阶偏微分方程,因此方程的解变得十分困难。而且,并不是每个解都有物理意义。谁要是能给出其中一个解,并且它具有物理意义,物理学界就会以他的名字来命名这个解。

1915年,爱因斯坦发表广义相对论的时候,计算了一个球对称、不带电、不旋转的物体,给出了这个方程的近似解。但是,在他理论发表的20天后,另一个德国犹太人就给出了精确解,那个人就是史瓦西,后来那个解也被称为史瓦西解。

当时,第一次世界大战爆发,德国处于风暴的中心,参兵打仗自然是德国人报效祖国的一种方式。在这批人中,41岁高龄的史瓦西也毅然决然加入了战斗。当时,他正在俄国前线,因为得到了一种不治之症,所以他被调到后方医院进行治疗。就在此时,他得到了广义相对论发表的消息,之后就在医院内计算出了

球对称物体场方程的严格解。但在这之后不久,史瓦西就因为这病而去世了。

有人评价道:“因为这不治之症,才让史瓦西能调到后方医院安心对场方程进行计算。否则,他可能就在前线的战壕中被子弹击中,从此史瓦西解就要改名了。但是,这病也让他丧命了。这病对他来说是福也是祸。”

从史瓦西解中我们可以看到,它势必会带出黑洞的概念,连光都不能逃脱的半径被称为史瓦西半径。但是,注重实践和观测的他,因为当时还没有探测黑洞的技术,所以他拒绝了黑洞这个概念。他认为这个数学上的解根本没有对应的物理意义,因此他也不相信黑洞的存在。从史瓦西解我们也可以看出,球对称引力场与时间无关,因此不管天体的膨胀还是收缩,它都不会产生引力波。

史瓦西生于1873年,卒于1916年。少年时期的史瓦西就表现出了对天文物理的极大兴趣,他自己动手制作了一台简易的天文望远镜,早早就开始探索天文之旅了。此后,他的天才特性就逐渐显露,15岁就独立发表关于双星轨道的论文,16岁写出关于三体问题周期解的论文。在别人23岁才大学毕业的年龄,他早早就拿到了博士学位。28岁的时候,他就已经是哥廷根大学的教授和该校天文台的台长了。

在史瓦西的一生中,他每隔一段时间就出现一次学术巅峰,这在历史上都是少见的。但是天妒英才,在他计算出史瓦西解后,上帝带走了他。

如何才能真正穿越虫洞?

虫洞是科幻小说中最受欢迎的题材之一,航天器可以通过虫洞实现超光速旅行,从时空的一个点瞬间移动到另一个点。尽管广义相对论不允许“可穿越虫洞”的存在,但最近的一项研究指出,在量子物理学领域内,虫洞实际上是可能存在的。

唯一的缺点是,穿过虫洞的时间可能要比穿过正常空间的时间更长,而且(或者)这些虫洞可能是微观的。在一项新研究中,两位常春藤科学家提出,如果存在标准模型之外的物理学理论,可能就意味着虫洞的大小不仅足以穿越,而且对于从A点到B点的人类旅行者来说,穿越虫洞将是十分安全的。

这项研究的题目是《人类可穿越的虫洞》(Humanly traversable wormholes),由普林斯顿高等研究院的理论物理学家胡安·马尔达塞纳(Juan Maldacena)和普林斯顿大学天体物理学研究生阿列克谢·米莱金(Alexey Milekhin)共同完成。此前,这两位研究者已经撰写了大量关于虫洞的文章,并深入探讨了虫洞如何成为一种穿越太空的安全工具。

关于虫洞的理论出现在20世纪早期,以回应爱因斯坦的广义相对论。第一位假设虫洞存在的是德国物理学家和天文学家卡尔·史瓦西(Karl Schwarzschild),他对爱因斯坦场方程的解(Schwarzschild metric,又称史瓦西解、史瓦西度规)获得了黑洞存在的第一个理论基础。

史瓦西解的一个结果便是他所谓“永恒的黑洞”,本质上是时空中不同点之间的连接。然而,这些“史瓦西虫洞”(又称“爱因斯坦-罗森桥”)并不稳定,因为任何物体从一端穿越到另一端时都会很快坍塌。

正如马尔达塞纳和米莱金所解释的那样,可穿越虫洞需要特殊的环境才能存在。其中就包括负能量。在经典物理学中,负能量是不允许存在的,但在量子物理学领域中是可能的。他们声称,卡西米尔效应(Casimir Effect)就是一个很好的例子,即量子场在沿着闭合圆环传播时能够产生负能量。

“然而,这种效应通常很小,因为是量子效应。在我们之前的论文《在四维中可穿越的虫洞》(Traversable wormholes in four dimensions)中,我们意识到,这种效应对于具有大磁荷的黑洞来说是相当可观的。在新的理论中,我们使用了带电荷的无质量费米子(类似电子但质量为零的粒子)的特殊性质。对于带磁荷的黑洞,这些粒子会沿着磁场线运动(在某种程度上类似于太阳风的带电粒子在地球极地附近产生极光)。”

这些粒子可以先进入一个点,然后绕圈运动,从空间中一开始的位置出现。这一事实意味着“真空能量”能够被修改,并且可以是负的。这种负能量的存在又能够支持稳定的虫洞的存在,使其作为时空点之间的桥梁,在物体有机会穿越它之前不会坍塌。

基于物质是粒子物理学标准模型的一部分,这样的虫洞是可能的。唯一的问题是,这些虫洞必须十分微小,而且只能在非常小的距离内存在。对于人类旅行者来说,虫洞必须足够大才能穿越,这就需要用到超出标准模型的物理学理论。

对马尔达塞纳和米莱金而言,这就是第二类蓝道尔-桑德鲁姆模型(Randall-Sundrom II,又名五维卷曲几何理论)开始发挥作用的时候。该模型以理论物理学家丽莎·蓝道尔(Lisa Randall)和拉曼·桑德鲁姆(Raman Sundrum)的名字命名,从五维的角度描述了宇宙,其最初提出是为了解决粒子物理学中的一个层次结构问题。

研究者称:“第二类蓝道尔-桑德鲁姆模型是基于这样一种认识,即这种五维时空也能以较低的能量来描述物理,这种能量比我们通常研究的更低。但是,我们可能会探测不到这种五维时空,因为它只通过引力与我们的物质耦联。事实上,它的物理学类似于在已知的物理学中加入许多强相互作用的无质量场,从而产生所需的负能量。”

马尔达塞纳和米莱金得出结论,这些虫洞从外部来看,将类似于中等大小的带电荷黑洞,会产生同样强大的潮汐力,这是航天器需要警惕的。他们指出,要安全穿越这种虫洞,人类旅行者在通过其中心时将需要一个非常大的助推因子。

假设这一切都可以实现,那么问题就来了:这些虫洞是否可以作为时空两点之间的捷径?哈佛大学的丹尼尔·贾弗里斯(Daniel Jafferis)此前的研究,以及爱因斯坦和纳森·罗森(Nathan )的工作表明,尽管稳定的虫洞有可能存在,但穿越它们实际上需要比穿越普通空间更长的时间。

然而,根据马尔达塞纳和米莱金的研究,从旅行者的角度来看,他们的虫洞几乎不需要花什么时间就能穿过。从局外人的角度来看,穿越的时间将会长得多,这与广义相对论是一致的。在广义相对论中,接近光速的人将会经历时间膨胀(即时间变慢)。正如马尔达塞纳和米莱金所说:

“对于宇航员来说,穿越虫洞意味着他们只需要1秒时间就能够穿越10000光年的距离(大约是银河系大小的十分之一)。而在外面的观察者看来,这一穿越过程需要一万多年的时间。这一切都不需要燃料,因为引力会使飞船加速和减速。”

不需便是穿越这些虫洞的另一个好处,因为虫洞本身的引力会使宇宙飞船加速和减速。在太空 探索 的场景中,飞行员需要驾驭虫洞的潮汐力,使他们的飞船处于合适的位置,然后让虫洞来完成余下的工作。一秒钟之后,飞船就会出现在银河系的另一边!

对一些人来说,这一研究非常令人鼓舞,因为虫洞有可能在未来成为太空旅行的手段。不过,马尔达塞纳和米莱金的工作也具有一些明显的缺点。首先,他们强调可穿越虫洞必须使用负质量来设计,因为已知没有合理的机制使其能自然形成。

尽管存在可能性(至少在理论上),但必要的时空配置需要提前出现。即便如此,虫洞所涉及的质量和规模如此之大,以致于这项任务将超出我们所能预见的任何实用技术。其次,这些虫洞只有在空间为寒冷、平坦的情况下才足够安全,而在第二类蓝道尔-桑德鲁姆模型之外,情况并非如此。

最重要的是,任何进入虫洞的物体都会加速,甚至无处不在的宇宙背景辐射也会带来巨大的危险。但马尔达塞纳和米莱金强调,他们的研究是为了证明可穿越虫洞的存在是“广义相对论和量子物理学之间微妙的相互作用”的结果。

简而言之,虫洞不太可能成为一种穿越空间的实用方式,至少还不存在任何可预见的方式。也许制造这种虫洞没有超出卡尔达肖夫Ⅱ型或Ⅲ型文明(Ⅱ型文明为星际或恒星文明,能利用其他行星的所有能量;Ⅲ型文明为星系文明,能在自己的星系范围内利用所有能量),但仍只是一种猜测。即便如此,当看到科幻小说中重要的元素有可能成为现实,还是相当令人鼓舞的。(任天)

「神秘天体·暗星」演义

〔著〕 太空生物学·黄媂

本文共11508字,建议采用播音与图文结合模式阅读。

如今我们所说的 「黑洞」,是相对论预言的天体,然而在19世纪末,欧洲的两位学者就曾根据牛顿力学预言过黑洞的存在,不过他们当时没有称其为「黑洞」,只是讨论过这种质量巨大发光很强、但是远方观测者又看不见的 「暗星」。

其中一位学者“拉普拉斯”曾经在他的巨著《天体力学》,还有科普书《宇宙体系论》中谈到过这种「暗星」,他在书中写道—— “天空中存在着黑暗的天体,像恒星那样大,也许像恒星那样多,一个具有与地球同样密度而直径为太阳250倍的明亮星体,它发射的光将被它自身的引力拉住,而不能被我们接收。” 正是由于这个道理,宇宙中最明亮的天体很可能就是看不见的。

然而,最早预言这种「暗星」的还不是“拉普拉斯”,而是英国剑桥大学的“米歇尔”他在1784年的一篇论文中就谈到——“由于恒星发射的光,在万有引力作用下光速会越来越慢,如果恒星足够大,大到一定程度就会使自身发射的光被自身的引力给拉回来,于是远方的人就看不见这颗星了。”

他们算出了「暗星」形成的条件是 「R RGM/C²」这么一个公式,R是天体的半径,M就是恒星的质量,G和C分别是万有引力常数和真空中的光速,不过他们当时还不知道C也是一个常数,更不知道光速是自然界最高的极限速度,他们认为光速和一般质点的速度一样,在外力下会根据牛顿第二定律而变化,他们认为如果这个公式的条件被满足,这颗 恒星的光就会被自身的引力拉回去,成为外界看不见的「暗星」 。

从今天来看上面的论证有两个错误:

“拉普拉斯”在《天体力学》第1版和第2版中都谈到了自己预言的 「暗星」 ,但是在1808年出版的第3版中却悄悄删除了有关「暗星」的叙述,这是因为在第2版和第3版的出版之间,“托马斯·杨”完成了「光的双缝干涉实验」,表明光是波而不是微粒,“拉普拉斯”就感到自己建立在牛顿微粒说基础上的「暗星 」预言看起来好像不对了,光的波动说战胜微粒说之后,建立在微粒说基础上的「暗星 」预言也就逐渐被人们遗忘。

学术界再次谈论起「暗星」是100多年之后的事了,1939年美国物理学家“奥本海默”和“施耐德”在研究中子星的时候,用爱因斯坦的广义相对论再次论证了「暗星 」存在的可能性,「广义相对论」可以看作万有引力定律的发展和推广,这个理论认为万有引力不是一般的力,而是时空弯曲的表现,“奥本海默”等人用广义相对论推算出「暗星」形成的条件和“米歇尔”、“拉普拉斯”给出的条件是一致的。

但是“奥本海默”等人根据的理论已远非“拉普拉斯”等人依据的经典力学科可比,他们认为「暗星」的存在不是万有引力把光拉了回来,而是星体质量造成的巨大时空弯曲,把光束缚在了「暗星」内部无法逃逸,可是「暗星」的密度大得几乎无法让人相信。

太阳如果形成「暗星」半径会从70万千米缩小到3千米,密度似乎会达到每立方厘米100亿吨,这是一个让人无法接受的天文数字,当时已知密度最大的物质是「白矮星」形成的物质,它的密度也不过每立方厘米1~10吨,更为可怕的是「暗星」内部的物质似乎都会缩到中心的一个点上,形成密度和时空曲率都无穷大的「奇点」。包括 爱因斯坦在内,绝大多数物理学家都不相信宇宙间真会有这样的「暗星」存在。不久之后,“奥本海默”受命主持原子弹的研制,对「暗星」的研究也就再次中断了。

1964年,美国相对论专家“惠勒”重新研究了“奥本海默”的「暗星」形成理论,并且用美国核试验基地的大型计算机做了恒星在万有引力作用下坍缩的模拟计算,确认了「中子星」坍缩真的会形成「暗星」,“惠勒”的工作终于引起了科学界的重视,对「暗星」的 探索 重新启动,“惠勒”还给这种「暗星」起了个专用的名字叫「黑洞」,于是黑洞这个词逐渐传播开来。

图解:恒星坍缩

最初,物理学家们认为恒星发光、发热的能量完全来自引力的势能,他们认为在气体星云收缩为恒星的时候“气团”的引力势能会转化为热能,让恒星的温度升高发光、发热,不过他们认为此后维持这个发光、发热过程的能量依然来源于引力势能、来源于恒星物质的继续收缩,也就是说引力能是恒星热能和光能的唯一来源,可是后来人们发现恒星的寿命很长,长达几十亿年,恒星物质的引力势能远远不能维持这么长时间的发光、发热。

于是英国天体物理学家“爱丁顿”就提出恒星的能量源泉应该是聚变反应,是4个氢核聚合成氦核的聚变反应,当时核物理学还不发达,许多核物理学家认为氦核质子所带的正电荷会同性相斥,它们是不可能聚合到一起的,要使质子靠近需要给它们提供足够的动能,也就是说恒星的温度要非常高,而当时估计的恒星温度远远没有这么高,针对核物理学家认为恒星温度不够高,不可能形成氢聚合成氦的热核反应的观点,「爱丁顿」是这么回答的——“我们不跟那些说恒星温度不够高的批评者争辩,我们只告诉他们往前走,去找到为什么会有更高温度的理由。”

历史 证明“爱丁顿”是对的,恒星的收缩的确可以让它中心的温度非常高,同时压强非常大,让质子的动能达到足以克服它们之间的静电斥力相互靠近而发生热核反应的程度,而且随着和物理学的发展,人们认识到当质子、中子等核子相互之间的距离趋近到10的-15次方米的时候,会出现一种远比静电斥力强大的吸引力,也就是我们说的“强相互作用力”,正是这种合力,把质子和中子聚拢在一起,形成稳定的原子核。

“爱丁顿”让学术界认识到恒星的能源不是引力的势能,而是聚变反应释放的核能,万有引力势能的作用仅仅限于点火,也就说原来的温度不高,不会产生聚变反应的恒星物质会在万有引力的作用下收缩,引力势能转化为热能,让恒星的温度不断升高压强不断增大,直到恒星中心部分的温度和压强达到了诱发热核反应的程度,完成聚变反应的点火,此后恒星发光、发热的能源就不再是引力能,而是核能了。

后来,天体物理学家“霍伊尔”发展了“爱丁顿”的思想,他首先认识到氦元素还能发生进一步的聚变反应,生成碳元素和氧元素,碳和氧又可以再进一步聚变生成更重的铁和硅元素,这不仅解释了恒星发展各阶段的产能机制,比如“白矮星”、“中子星”的形成以及“超新星爆发”的过程,而且还解释了宇宙中重元素的来源。

宇宙初期只存在氢和氦两种元素,但是今天的宇宙里存在各种重元素,比如铁,还有硅,这些重元素的来源,天体物理学家原本不清楚,“霍伊尔”的工作解开了这个秘密。

宇宙刚诞生的时候处在温度极高的状态,最初形成的元素是氢,氢核在高温下发生聚变反应形成了氦核,随着宇宙的不断膨胀,气体的温度逐渐降低,氢聚成氦的热核反应逐渐就停下来了,这时候宇宙中的元素大概有70%多的氢和20%多的氦,这种混合气体不是绝对均匀,也不是绝对静止的。

随着涨落的变化,气体开始聚集成团,并且在万有引力的作用下逐渐收缩,在收缩的过程中,万有引力的势能逐渐转化为热能,这些气团的温度开始升高,大的气团中心部分温度可以到几千万度、上亿度,压强也可以达到几千亿个大气压,在这种高温高压的状态下,气体的中心开始了氢聚合成氦的热核反应,发出大量的光和热,成为年轻的恒星,于是第1批恒星就诞生了,这些年轻的恒星,现在叫做“主序星”。

图解:恒星就诞生示意图

恒星将在“主序”性阶段持续生存几十亿年到几百亿年,在这个阶段恒星内部的热核反应相对稳定,发出稳定的光和热,当“主序星”内部的氢基本烧完转化成氦之后,外层的氢开始燃烧,这时候恒星开始膨胀,温度也略有降低,成为体积庞大的“红巨星”或者是“超红巨星”。红巨星和超红巨星的中心部分聚集着大量的氦,这些氦的温度逐渐降低,在万有引力的作用下会进一步收缩,并且点燃由氦聚合成碳和氧的聚变反应。

总之,恒星演化的晚期会经过红巨星或者超红巨星阶段,形成“白矮星”、“中子星”或者“黑洞”。

图解:恒星演化图

行星,之所以不在万有引力作用下收缩为一个“点”,是因为原子靠得很近之后原子外部的电子云分布会发生变化,同种电荷互相靠近,静电斥力增加,万有引力越大,原子之间靠的越近,电子之间的静电斥力也就越大,电磁力的排斥效应和万有引力的吸引效应相平衡就是行星达到稳定的状态了。

而“恒星”的情况和“行星”不同,它们的温度很高,热排斥效益很强,这种热排斥与万有引力相抗衡,能够使恒星处于稳定的状态,“主序星”和“红巨星”就是这么一种情况。

然而“白矮星”质量很大、密度很高,热排斥和电磁排斥效应都不足以抗衡它自身的万有引力,这个时候原子核外的电子壳层会被击碎,使得电子能够在原子核形成的晶格内自由的运动,或者说晶格漂浮在电子的海洋里,这个时候电子间靠得很近,产生了一种新的排斥效应,也就是“泡利不相容原理”导致的排斥力。“泡利不相容原理”是在研究原子结构的时候提出来的,为了解释原子核外电子的排布,德国物理学家“泡利”提出下面的原理——“每个电子状态只能容纳一个电子,原子的每个电子轨道上有两个状态,所以每个轨道上只能存在两个电子。”

现在这个原理又被用来解释“白矮星”物质中的强大斥力,“白矮星”物质密度特别大,电子壳层被击碎,电子之间靠的非常近,由于出现两个以上的电子挤占同一个状态的情况,于是相互之间就会产生“泡利斥力”,这种力比热排斥力和电磁排斥力都强,“白矮星”就是靠着这种“泡利斥力”的支撑而不在强大的万有引力下坍缩的。

可是“白矮星”并不是所有恒星晚期的唯一归宿,印度物理学家“钱德拉赛卡”发现,残余质量超过1.4个太阳质量“白矮星”状态的星体,由于万有引力过大,电子之间的“泡利斥力”将抵抗不住引力的吸引,星体还会继续坍缩,他在研究中认识到,当万有引力迫使电子相互靠近的时候,电子运动速度将被迫加快,对于质量超过1.4倍太阳质量的“白矮星”状态的星体,电子运动速度会接近于光速,形成“相对论性电子气”,这时它们的“泡利斥力”会突然减弱,于是星体将不可能停留在“白矮星”状态而会继续坍缩,所以“钱德拉赛卡”得出结论——“白矮星”存在一个质量的上限,也就是1.4倍的太阳质量,宇宙间不存在超过这个质量上限的“白矮星”,这个上限后来被称为“钱德拉赛卡极限”。

研究的结果也并非如此,在万有引力的强大压力下,电子会被压进原子核中,与原子核里的质子电荷中和形成“中子”,也就形成一颗主要由“中子”构成的“中子星”,这种星体靠中子之间的“泡利斥力”来支撑,中子间的“泡利斥力”比电子间的“泡利斥力”要大很多,可以支撑住质量不超过2~3个太阳质量的星体,这个质量上限称为“奥本海默极限”,是由美国物理学家“奥本海默”首先给出的。超过“奥本海默极限”的星体,中子间的“泡利斥力”也顶不住万有引力,星体将坍缩成“黑洞”。

物理学可以不断地发现更强大的“斥力”,但是每次发现的“斥力”都是有上限的,但引力这个东西它是没有上限的,总会找到一个临界值,超过这个临界值质量的物体在已知的范围里就再也找不到任何“斥力”能抵消引力带来的强大收缩效果。

图解:元初的“中子星”形成过程

上述是从天文学的角度、从恒星演化的角度,看到了黑洞形成的可能性,但是这还不是黑洞理论的全部,如果想了解黑洞到底是怎么回事,有一个理论是绕不过去的,那就是广义相对论。

1905年,爱因斯坦在“相对性原理”和“光速不变原理”的基础上导出了“洛伦兹变换”建立起了“狭义相对论”,他给出了惯性系中,动尺缩短、动钟变慢、质能关系「E=mc²」、双生子佯谬等等重要而新奇的结论,“相对论”突破了牛顿理论的框架,展现出全新的物理体系和全新的时空观。

“爱因斯坦”指出自己的“相对论”和“牛顿”的“经典物理学”的关键差别不在于“相对性原理”,而在于“光速不变原理”,因为“伽利略”早就正确地阐述了相对性原理,“牛顿”在自己的力学中也应用了这个原理,爱因斯坦认为自己最大的突破是认识到“光速”是绝对的,真空中的光速不仅在同一惯性系中是均匀、各向同性的,而且和观测者相对于光源的运动速度也没有关系。

正当全世界为“相对论”的成功而欢欣鼓舞的时候,爱因斯坦本人却冷静地看到了自己理论存在着严重的缺陷:

这两个缺陷是非常严重的,爱因斯坦的相对论是研究惯性系之间的关系的,也就是说相对论是建立在惯性系基础上的,现在这个基础居然无法定义。另一方面,当时已知的力只有“电磁力”和“万有引力”两种,竟然“万有引力”就放不进相对论的框架里。

爱因斯坦反复思考“狭义相对论”遇到的两个基本困难——

既然惯性系无法定义,于是爱因斯坦就把自己的理论建立在任意参考系,也包括非惯性系的基础上,把原来的相对性原理、物理规律在一切惯性系中都相同,推广为物理定律在一切参考系中都相同,这个称为“广义相对论原理”,这样做确实避开了定义惯性系的困难,但又产生了新的困难,非惯性系与惯性系不同,它有惯性力存在,那如何处理惯性力呢?此外爱因斯坦注意到惯性力的一个重要特点,惯性力与物体的惯性质量成正比,这个特点和万有引力非常相似,万有引力也和物体的引力质量成正比。

在《自然哲学的数学原理》这本书里,牛顿把质量定义为物体所含物质的多少,质量就是物质的量,它等于密度和体积的乘积,并且和物体的重量成正比,这种的质量称为“引力质量”,在这本书另一处牛顿又谈到物体的质量和它的惯性成正比,使不同物体在外力作用下产生相同的加速度的时候,物体的质量和所施加外力的大小成正比,所以牛顿认为质量可以看作物体惯性的量度,这样定义的质量就称为“惯性质量”。牛顿认为没有理由相信引力质量和惯性质量是同一个东西,但是“自由落体定律”又告诉我们二者是相等的。任何物体不管它的化学成分和重量,它们下落的加速度A都相同,都等于G,这就导致引力质量和惯性质量在数值上是相等的。

爱因斯坦那个时代有个匈牙利的物理学家叫“奥特沃斯”,他用扭摆实验,在10的负8次方的精度之内,没有查到引力质量和惯性质量的差异。《相对论》发表之后,又一个物理学家“迪克”做到了10的负11次方,俄罗斯的“布拉金斯基”又把精度做到了10的负12次方,都严格地证明了引力质量和惯性质量相等。

图解:万有引力公式

爱因斯坦注意到这些实验都表明引力质量和惯性质量精确相等,他终于认识到惯性问题,应该和引力问题结合在一起解决,“狭义相对论”所遇到的两个困难,其实是同一个困难,经过反复思考之后他决定把这个结论往前再推进一步,提出了一个等效的原理,也就是“惯性场”和“引力场”局域等效,为了说明这个等效,爱因斯坦做了一个关于升降机的思想实验,清楚地表达了他的等效原理思想。

一个观测者处在一个封闭的升降机内,得不到升降梯外部的任何信息,当他看到升降机内的一切物体都自由下落,下落的加速度a与物体的大小和物质组成无关的时候,他没法判断自己处在下列两种情况的哪一种:

第1种情况:升降机静止在一个“引力场”强为a的星球表面。

第2种情况:升降机在没有“引力场”的太空中以加速度a运动。

换句话说,你没法用任何物理实验来区分“引力场”和“惯性场”等效原理,还进一步告诉我们当只有引力场或者只有惯性场存在的时候,任何质点不论质量大小,在时空中都会描出同样的曲线。

在真空中抛出金球、铁球和木球,只要抛射的初始速度和倾斜角相同,这三个球都将在空间中描出相同的轨迹,这就是说质点在纯引力和惯性力作用下的运动和它的质量和成分无关,于是爱因斯坦就做出了物理思想上的又一个重大突破,他大胆地猜测——“引力效应可能是一种几何效应,万有引力不是一般的力,而是时空弯曲的表现,由于引力起源于质量,他认为时空弯曲起源于物质的存在和运动。”

时空几何和运动物质如何联系起来?

爱因斯坦感觉到自己的数学知识太欠缺了,于是他求助于自己的大学同学瑞士数学家“格罗斯曼”,格鲁斯曼告诉爱因斯坦“黎曼几何”和“张量分析”也许对他有用。

我们现在知道“欧氏几何”、“罗氏几何”、“黎氏几何”描述的是不同曲率的空间:

数学家“黎曼”把这几种几何结合在一起成为“黎曼几何”,这个时候爱因斯坦产生了和当年“黎曼”类似的猜想,而且当时的爱因斯坦已经掌握了大量的物理知识,创新理论的条件已经成熟了。

起初,“爱因斯坦”和“格罗斯曼”合作学习和掌握“黎曼几何”,寻找联系物质和时空几何的基本方程,也就是“场方程”,他们尝试写出一些形式的方程,但都有重大的缺陷,爱因斯坦到了德国之后又和“希尔伯特”探讨,希尔伯特不愧是一个数学大师,经过和他的探讨,几个月之后爱因斯坦就给出了“场方程”的正确形式,建立了他的新理论,也就是“广义相对论”。新理论克服了旧理论的两个基本困难,用“广义相对性原理”代替了“狭义相对性原理”,并且包容了万有引力。

“狭义相对论”认为时间和空间是一个整体,也就是“四维时空”,能量和动量是一个整体,也就是“四维动量”,但是并没有给出时间空间与能量动量之间的关系。广义相对论进一步指出了这个关系,认为能量、动量的存在也就是物质的存在会使四维时空发生弯曲,万有引力并不是真正的力而是时空弯曲的表现,如果物质消失,时空就回到平直的状态。

“相对论”把四维时空中的曲线称为“事件线”,广义相对论认为万有引力不是一般的力,而是时空弯曲造成的几何效应,质点在万有引力作用下的运动,比如地球上的自由落体、行星绕日运动等等没有受到力,而是弯曲时空中的自由运动也就是惯性运动,它们在时空中描出的“事件线”虽然不是直线,却是直线在弯曲时空中的推广,也就是“测地线”,测地线就是“短程线”,也就是两点之间最短的线,当时空恢复平直的时候,“测地线”就成为通常的直线。

举例说明:「时空弯曲」

4个人各拉紧床单的一个角,床单在这个二维空间就是平的,放一个小玻璃球在上面,如果不去推它,它就会保持静止或者匀速直线运动。

如果床单中间放一个铅球,床单就会凹下去,这时二维空间就弯曲了,这个时候如果再放置一个小玻璃球在床单上,玻璃球就会滚向中央的大球。在这个例子里,我们可以把大球看作地球,小球看作一个下落的物体。

按照牛顿的观点是由于大球拥有万有引力吸引小球,可是按照爱因斯坦的观点是由于大球的存在使时空弯曲了,并不存在什么引力,小球落向大球是弯曲空间中的自由运动,如果给小球一个横向的速度,它就会绕大球转起来,这个时候可以把大球看作太阳,小球比作行星。

按照牛顿的观点是由于小球受到大球的引力不能跑向远方,可是按照爱因斯坦的观点,小球没有受到任何力,只是由于时空弯曲了,在弯曲空间中它做自由运动,不能飞向远方。

上述例子说的只是空间弯曲,而广义相对论说的是四维的时空弯曲,太阳的存在让四维时空弯曲了,行星绕日运动就是在弯曲时空中的惯性运动,根本就不存在什么万有引力,爱因斯坦给出了广义相对论的基本方程,这个方程被称为“爱因斯坦场方程”,实际上这个是由10个二阶非线性偏微分方程组成的方程组,非常的难解,爱因斯坦发表相对论的时候,求出了“场方程”的近似解。

爱因斯坦在发表自己理论的时候,同时提出了三个检验广义相对论的实验:

第1个:引力红移。

第2个:行星轨道近日点的进动。

第3个:光线偏折。

这三个实验都被观测给证实了,爱因斯坦自己并没有得到“场方程”的解,他是用近似解算出3个实验结果的,在1915年底完成“广义相对论”。

图解:场方程”的近似解公式

1916年,也就是爱因斯坦发表《广义相对论》后的一年后,德国数学家兼天文学家“史瓦西”就求出了广义相对论“场方程”第1个有意义的解, “史瓦西” 表达的意思是,当时空中存在一个不变化的球对称质量,而且球体外面是真空的时候,外部时空将如何弯曲,这个解需要强调的是,这个解描述的是球体外部真空区的时空弯曲情况,并不反映球体内部的时空弯曲情况,球体内部的时空要用所谓 “史瓦西内解” 来描述,不过为了抗拒物质间的万有引力,必须设想球体内部有某种排斥力,很多科学家设想了不同的排斥力,结果得到了不同的 “史瓦西内解” ,所以“史瓦西内解”并不唯一,而描述球体外部时空弯曲的 “外解”则是唯一的 ,人们最感兴趣的是这个 “外部解” ,因为它在天文学和物理学上有大用处,这个解又称为 “史瓦西解”。

图解:“史瓦西解”公式,公式左边是时空中两个点的距离,右面是一系列的因子

物理学家在研究 “史瓦西解” 的时候发现,这个解在R=0的时候,有一个系数会变成无穷大,也就是说时空的曲率是无穷大,而且这种无穷大不能通过坐标变换来消除,不管你选择什么坐标系,R=0都是起点,这个起点也就是我们今天说的“黑洞的中心点”, “史瓦西”求出的“场方程”解公式 里有一组特别重要的数,它们是在「时间坐标dt」前面和「空间坐标dr」前面都有的一组数字,这组数字是「2GM/C²」,“G”就是万有引力常数,“C”就是光速,“M”是天体的质量,能推论出这组数字只和质量相关,这个「2GM/C²」一般物理界把它称为“2G”,也就是著名的 “史瓦西半径” 。 “史瓦西半径” 的含义是,如果特定质量的物质被压缩到这个半径之内,将没有任何已知类型的力可以阻止这个物质在自身引力的条件下把自己压缩成一个「黑洞」。

本文前面所说的 “拉普拉斯”和“米歇尔” 依据牛顿的「万有引力定律」和「力学第二定律」预言出“暗星”,也就是黑洞,他们算出 “暗星”形成的条件,也是半径小于「2GM/C²」,这个和 “史瓦西半径” 是一样的,但是这只能说是一个巧合,“拉普拉斯”和“米歇尔”以为光速和一般质点的速度一样,在外力下会发生变化,他们认为黑洞形成的原因是恒星的光会被自身的引力给拉回去,现在我们知道光速是不变的,也就是说他们推导的过程从原理上就错了,尽管 “史瓦西半径” 最终得出的结论和之前的结论在数学结果上是一样的,但却来自完全不同的理论框架背后对宇宙和时空的理解也是完全不一样的。

根据“史瓦西”求出的“场方程”解公式,还能推出黑洞的一个奇怪性质

在黑洞内外,也就是「Rs2G」和「Rs2G”的范围看来,会形成一个“Rs=2G”的「视界」,任何粒子一旦落入事件内就再也不可能出来,这个就是我们今天所说的“黑洞”。

从爱因斯坦广义相对论推导出来的黑洞,虽然和从牛顿理论推导出来的黑洞名字一样,但是它们却完全不是同一个东西,前者来自于人类对时空更深刻的理解,你可以不必完全理解 “史瓦西解”的公式 ,或许现在你可以感受到一种力量,这一切的推论都来自于爱因斯坦最初的假设——光速不变,那个时候“暗星”还仅仅存在于数学公式之中的一个“未知解”。

当然, “史瓦西解”只是 广义相对论最简单的一个解,代表半径是一个绝对球状对称而且不自转的物体重力场精确值,爱因斯坦的广义相对论方程还有很多其他的解,关于黑洞的话题还远远没有结束......

黄媂/作品

时间根本不存在,时间只是我们创造出来的一个词

量子力学解释不了“引力”本质的根本原因

地轴旋转一圈的周期是25786年

#2020生机大会##科学燃计划#

时空遂道真的存在吗?虫洞为什么叫虫洞啊?虫洞中的“奇点”“史瓦西解”又是什么?

这些都是理论啦理论。时空隧道不是说穿过以后可以回到过去,改变历史,这是决不可能的事情。只能理解为可以不花时间穿越遥远距离的空间扭曲,甚至可以到达另一个“宇宙”的空间结构。至于虫洞嘛,是说空间扭曲而融合形成的特殊结构,把两部分相距遥远的空间连在一起。至于为什么叫虫洞,这只是一个名字,大概是空间好像被“虫”咬出了一个洞。至于奇点,没理由认为在虫洞啊!奇点是指不能通过理论解释的点。大概可以认为是空间的起点。1915年12月,爱因斯坦发表他的广义相对论方程后仅一个月,德国物理学家卡尔·史瓦西得到了一个描述球状物体周围真空中引力场的解。他从与俄国军队作战的前线给爱因斯坦寄去了自己的文稿,并请求帮助处理发表事宜(他是一名志愿入伍的爱国者,在得到这个解时已患了一种不治之症。他很快就被送回国,并于1916年5月去世)。爱因斯坦大喜过望,回信写道:“我没有预料能得出方程的精确解,您对问题的解析处理令我极为满意。”

有两条理由使得史瓦西时空几何极为重要。第一,它是对太阳系中引力场的一个很好的描述。太阳近乎球形,其周围物质的质量很小,以致于可以被看作真空,太阳系中所有光线和行星。彗星等物体的运动轨道的运动因而就是史瓦西弯曲时空的测地线。这些运动轨道能被计算出来,并与经过太阳附近的光线和行星近日点进动的观测值精确相符,而这些现象是牛顿引力理论不能解释的。

第二,史瓦西几何又具有普适性,因为它与恒星的类型无关,而只依赖于一个参量,即质量。太阳和相同质量中子星周围的引力场是同样的,一个相同的点质量也是如此。

然而困难正是从这里开始,随着向点状引力源的趋近,时空几何出现奇异行为。更精确地说,奇异性在临界距离r=2GM/c~2处开始出现,这里M是中子星的质量,G是牛顿万有引力常数,c是光速。这个临界距离与引力质量成正比对太阳质量是3公里,对100万个太阳质量是300万公里,对地球则是1厘米。这个距离就叫做史瓦西半径,它不是别的,正是按照牛顿方式计算的表面逃逸速度达到的星体尺度。史瓦西自己并不知道,正是他为米切尔和拉普拉斯那已被遗忘的关于不可见星的猜测打开了通道

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