首页 > 文化 > 科技 > 正文

再见,黑洞

2008-05-19 10:07 作者:曹玲 2008年第15期
最近,关于黑洞的事情有两件:一是3月21日,夏威夷两位科学家对即将开工的大型强子对撞机提出诉讼,说一旦机器运行,可能会造出微型黑洞,将毁灭地球甚至整个宇宙;二是“黑洞”的提出者约翰·惠勒于4月13日因肺癌去世,享年96岁。

最近,关于黑洞的事情有两件:一是3月21日,夏威夷两位科学家对即将开工的大型强子对撞机提出诉讼,说一旦机器运行,可能会造出微型黑洞,将毁灭地球甚至整个宇宙;二是“黑洞”的提出者约翰·惠勒于4月13日因肺癌去世,享年96岁。

人造黑洞怕是子虚乌有,就算有,惠勒也看不到了。

逝者是量子力学创始人玻尔的学生,是科学顽童费曼的老师,是海森堡、费米的同僚,是爱因斯坦的争论对象……20世纪所有声名卓著的物理学家几乎都是他的朋友。

这位美国开拓时期的物理学家,和老师玻尔合作揭示了核裂变机制,参与了研制原子弹的“曼哈顿计划”,也是美国第一个氢弹装置的主要设计者之一,还被评价为“勾勒了20世纪后半叶美国物理学的研究方向”。此外,他创造了大量类似禅语的句子,比如“万物源于比特”(It from bit)、“没有重量的物质”(Mass without mass)、“不荷电的电荷”(Charge without charge)等。

霍根曾在《科学的终结》一书中这样描写70多岁时的惠勒:“他下楼的时候步伐很快,在楼梯拐弯处,惠勒忽然一跃而起,抓住扶手,身体腾空,利用惯性和离心力在空中完成了转弯,等身体落下时继续下楼。而他在外面时,与其说是走路,不如说是行军,大步向前,手臂有节奏地摆动。”

“他是最后的泰坦,物理学最后的超级英雄。”麻省理工学院的宇宙学家麦克斯·泰格马克在惠勒去世后接受《纽约时报》的采访时说。惠勒像泰坦一样有着无穷的能量,他是全才式人物,无论搞科研还是带学生,包括识别、推广他人的智慧,均样样精通。学生中,除了风流倜傥的诺贝尔奖得主费曼之外,诸多都成了明星式人物,比如休·埃弗莱特在惠勒的鼓励下于1954年提出“多维宇宙论”,但是理论得不到承认,他在备受冷落后改行,“下海”成了百万富翁,直到上世纪70年代,“多维宇宙论”被重新发现,并迅速成为后来的研究热题以及科幻小说素材。

1911年7月9日,惠勒出生在佛罗里达州一个幸福的家庭,是家里最为受宠的孩子。他21岁就获得了约翰·霍普金斯大学的理论物理学博士学位,27岁来到哥本哈根和玻尔一起工作,他觉得玻尔“比其他活着的人看得都远”。1939年,他们共同发表的第一篇论文用量子论成功地论述了核裂变。

由于在核裂变领域取得的成就,他被邀请参加研制原子弹的“曼哈顿计划”。1942年1月,惠勒来到芝加哥,任务是设计一种能够制造以公斤(后来变成吨)为单位的钸反应炉。1944年10月,惠勒的弟弟乔在战争中身亡,这成了他一生中无法释怀的事情:当时已经有能力制造出一具核武器来提前结束战争,如果这样的话乔就不会战死。

原子弹不仅震撼了世界,而且将物理学家的良心拷打得血肉模糊,“原子弹之父”奥本海默就说“我的双手沾满了鲜血”,但是惠勒有他自己的价值观,而且有一股笃定的爱国热忱。“二战”之后,他又义无反顾地加入了设计制造氢弹的紧急任务,尽管他的决定遭到了诸多同僚的反对:有些人认为苏联根本就无法产生威胁,世界也不会陷入严重危机;还有些人对原子弹惊魂甫定,不希望再度投入从事武器的研究工作。但是反对无效,他继续向前。

直到1968年,他获得了此生的最高荣耀——费米奖时,才有了些许翻身的感受。他写道:“我曾于50年代早期和少数一同从事氢弹研究的同事,承受了他人的嘲笑奚落;我也曾经60年由于落伍的爱国主义信念得不到共鸣,在学校里也得不到任何尊重。让我感到安慰的是,约翰逊总统在他的致词中,除了提到我在纯粹科学领域的贡献之外,还提到我在国防上的努力。这个奖项由美国总统亲自颁发,这一点对我而言别具意义,不但对于我在第二次世界大战期间的努力表示肯定,也认可我于战后努力保障美国强盛所投入的心血。”

惠勒的“特立独行”饱受争议,这一点或许是科学史学家研究的好题材,但是他在学术上的成就毋庸置疑,其善于命名的特点也为人称道。

惠勒知道将复杂的理论简单化是多么重要,他也知道如何吸引眼球,常常像编辑花半天时间冥思苦想一个好标题一样,给新事物寻找一个拉风的名字。1967年,无论是在床上、车上还是澡盆里,只要有片刻宁静他便开始左思右想,为“完全重力塌缩的物体”重新命名。有天他的学生说:“就称为黑洞如何?”这让他万分开心,年末在发表正式演说时说道:“恒星像猫一样消失,猫只留下它的微笑,而恒星只留下它的引力。只有引力,没有光,同样也没有出现任何粒子。而且,从外面看,光和粒子是一样的……落下黑洞只是为它补充了质量,增强了引力。”

“黑洞”就这样顺其自然地诞生了,并迅速流传开来。但是费曼看到后却把惠勒数落了一番,认为这个名词有其他含义,惠勒实在是不正经。“黑洞”的法文是“Trou Noir”,法国人也觉得它有性暗示,拒绝使用。实际上,惠勒觉得“黑洞”这个词有凭有据,深得他心。物理学界一直使用“黑体”来指称一种完美的吸收体,它同时也能以最高速率放射辐射线。而黑洞只具备吸收的特性,因此“黑洞”正是这种实体最理想的名称,黑洞附近的时空几何能够形成最大曲度,更是名副其实。

几年后,当他试图总结说明黑洞具有极端单纯性,提出“黑洞无毛”的说法时,又遭到了费曼的批评。这次费曼更不客气,直接说他“猥亵”,而且法国人觉得这也证实了他们的猜测。惠勒感到委屈,他觉得费曼想歪了。当时他脑海里浮现的只不过是一群秃子,这些人都无法依靠发型上的差异,比如长度、式样和颜色加以辨别。一般物质都有“头发”,因此可以表现出个体差异,而黑洞则无法从外界分辨出它究竟是否由于吸收了微中子、电子、质子、旧钢琴或者任何落到其中的物质而形成。黑洞只是一种时空的涟漪,没有任何发型设计师能为它造型并装饰出任何颜色或发型,所以惠勒才说黑洞是个“秃子”。

讽刺归讽刺,他和费曼的友谊却持续了一生,最初的见面就奠定了日后轻松的交往风格。那是1939年秋天,21岁的费曼在麻省理工学院获得学士学位之后,在惠勒的力学课程上担任批改作业的工作。有一天他唐突而且心情忐忑地出现在惠勒的办公室门口,两人将一起谈论课程以及费曼的工作职责。惠勒非常重视时间,习惯于记录自己分别花了多少时间从事教学及相关事项、研究事项以及学科和大学职责事项。这次会面属于教学相关事项,于是惠勒和往常一样掏出怀表放在他们中间的书桌上。费曼似乎略显吃惊,他回去后买了一只手表。再次见面时,当惠勒取出怀表放在桌子上时,费曼也不动声色地掏出他的手表,放在怀表旁边。惠勒捧腹大笑,费曼笑得更大声,直到两个人都笑出眼泪。

惠勒对年轻人一向友善,他们喜欢围着他讨论各种问题,相互之间碰撞出火花。他对“大学里为什么要有学生”这种问题的答案是:因为老师有不懂的东西,需要学生来帮助解答。他乐于跟他们讨论,给他们一针见血的建议和启示。

波兰量子物理学家苏雷克在惠勒的90大寿上说,惠勒最大的影响可能就是他的学生,不一定是在课堂上,或者是通过物理思想影响他们,更重要的是他给了他们信心。

上世纪70年代,他有一位叫做贝肯斯坦的犹太学生。有一次,他在办公室将一杯热茶和一杯冰茶放在一起,于是两杯茶都变成了常温。他告诉贝肯斯坦,他感到内疚,虽然能量守恒,但世界的熵却增加了,他的罪恶会持续到时间尽头。如果有一个黑洞漂流经过,就可以将热茶、冰茶一并抛入黑洞中。他问道:“如果这样,罪孽能否洗刷干净?”贝肯斯坦被这番论述击中了,几个月后他回答老师道:“黑洞视界的面积就是黑洞的熵。”

惠勒告诉贝肯斯坦:“你的想法相当疯狂,因此有可能是对的,那么你就去发表吧。”这个结论遭到了霍金等人的一致反对,只有惠勒支持它,而最终证明贝肯斯坦是对的。类似的事情给惠勒带来了非常多的快乐。

所以,即便勤恳一生也没有得到最高荣誉——诺贝尔奖,但惠勒似乎并没有怨言。将量子力学和相对论统一起来的大统一理论如此迷人,成为现代物理学的最高追求,太多的年轻人决心投身其中的一两个领域,但是这个理论过于深奥,进入的门槛太高。“只有像我这样的老顽固才不惜‘愚弄’自己,指导他们进入其中。”惠勒曾这样自嘲,也有点自得其乐的意思。

阅读更多更全周刊内容请微信扫描二维码下载三联中读App,注册就有红包哦!

版权声明:凡注明“三联生活周刊”、“爱乐”或“原创”来源之作品(文字、图片、音频、视频),未经三联生活周刊或爱乐杂志授权,任何媒体和个人不得转载 、链接、转贴或以其它方式使用;已经本刊、本网书面授权的,在使用时必须注明“来源:三联生活周刊”或“来源:爱乐”。违反上述声明的,本刊、本网将追究其相关法律责任。

    相关文章

已有0人参与

网友评论

用户名: 快速登录

《立冬》现已上线即刻前往 App Store 搜索“三联生活节气”体验更多精彩。

《霜降》 《寒露》 《秋分》

微博@三联生活周刊
微信:lifeweek
扫描下载三联中读App
三联中读服务号