黑洞简史｜第一章 经典黑洞 引力使光无法逃逸（3）

《黑洞简史》玛西亚·芭楚莎

——对黑洞的理解左右着人类对宇宙未来的预测。

主播：阿笙的梦茶园

第一章经典黑洞引力使光无法逃逸（三）

米歇尔认为，研究恒星的新方法涉及光的速度。米歇尔指出，如果天文学家密切监测双星系统中两颗恒星在数年之间围绕着彼此的运动，就可以计算出恒星的质量。这是对牛顿的万有引力定律最基本的应用。只要测量出轨道的宽度和两颗恒星彼此绕着轨道运行的时间，就可以估算出恒星的质量。如果一颗恒星的引力影响另外一颗恒星的运动，那么这种引力应该也会影响到光。在那个时代，光被认为是由大量云集的微粒--光子组成的，这主要是因为牛顿全力支持这个观点，而他的意见往往为大家所推崇。

现在假设这些微粒游离了恒星，进入了太空。米歇尔认为，引力会吸引这些微粒。恒星越大，其抓住光的引力也就越强，从而减缓了光的速度。正如他的论文题目所宣称的那样：“(恒星的)光速有减缓的现象。”测量一束星光进入望远镜的速度，你就获得了“称”出恒星质量的一种方法。

那么，这正是黑洞存在的可能性之来源：在米歇尔设想的极限情形——当恒星的质量大到一定程度时，“所有的光都会被恒星的引力拖拽回去”。这就像是从喷泉喷射出的水花，达到最大高度后，又回落到水池中去。如果恒星辐射的所有光粒子皆无法继续向外逃逸，恒星将是永远看不见的——在天空中，它只是一个黑暗的斑点。根据米歇尔的计算，一颗与太阳密度相同而直径为太阳500倍的恒星，就会转变为黑洞。如果将这颗恒星放置在太阳系中，它那巨大的星体将延伸至火星的轨道范围内。

1796年，正值法国大革命期间，法国数学家皮埃尔·西蒙·拉普拉斯也独立得出了与米歇尔类似的结论。在他著名的《宇宙体系论》(Exposition du svstème du monde)中，简明扼要地提及了这些“暗星”或“隐星”。这本书本质上是那个时代的宇宙论手册。“与地球密度相同，但直径比太阳大250倍的发光恒星，”他写道，“由于它强大的引力，不会允许其发出的任何光线到达我们这里。因此，宇宙中最大的发光体或许是不可见的。"在一个固执的同僚--天文学家冯·扎克男爵的恳求下，3年以后，拉普拉斯抛出严谨的数学证明支持他最初较为粗线条的表述。拉普拉斯对暗星直径的估计不同于米歇尔，因为他认为，像太阳这样的发光恒星密度更大。

如何“看”见不可见的恒星?

预测永远无法被观察到的天体的存在性——这有意义吗？也许就在人们终于接受了光是一种“波”而非“粒子”时，拉普拉斯的想法改变了。也许他只不过是对此失去了兴趣。因为在《宇宙体系论》再版时，他删掉了有关暗星的论述。而且，在这本书后来的多次再版中，甚至直至拉普拉斯于1827年去世，再也没有涉及过这个问题。

相比之下，米歇尔1784年发表的那篇论文展现出伟大的独创性。在此文中，米歇尔建议用一个聪明的方法来“看”这种不可见的恒星。他指出，如果一颗暗星围绕着一颗亮星运动，那么其作用于亮星的引力会在亮星的运动轨迹中显现出来。换句话说，由于暗星的拖拽，亮星会随着时间的推移在天空中来回轻摇——这正是如今的天文学家们追踪黑洞的手段之一。

尽管米歇尔和拉普拉斯已经走在了时代的前列，思考了当时的物理学无法给出答案的一些问题，但他们尚未意识到，超大恒星的密度比他们想象的低得多。他们也未曾考虑到，一颗体积更小，密度却非常大的恒星，也同样可能不可见。如果一颗普通的恒星不知何故被压缩进较小的体积内，光逃离其表面所需的速度会明显增加。但那个时代的天文学家们下意识地认为所有星体与太阳和地球的密度都一样。还会有什么东西会比地球上发现的物质密度更大呢？在18世纪晚期，这点仍是不可想象的。

米歇尔和拉普拉斯的工作都基于尚不能为大众所接受的万有引力定律和错误的光理论。他们不知道，光在真空里的速度从不减缓。证明此类暗星的存在需要更先进的光理论、引力理论以及物质理论。现代意义上的黑洞并非米歇尔和拉普拉斯认为的巨大而黑暗的恒星，而是时空中存在的真正的“洞”——这个概念要等到20世纪最具创造性的自然哲学家阿尔伯特·爱因斯坦方才出现，不过，已经迟到了一个世纪。