Physics 版 (精华区)

发信站: BBS 水木清华站 (Sun Jun  8 10:39:43 2003), 转信

                             十五

    霍金在剑桥是卢卡斯数学教授，这个头衔后面曾经跟着牛顿和狄拉克
的名字。他成名很早，据说上大学的时候就完成了MIT那位老寿星杰克逊
写的《经典电动力学》里的习题（非常bt），一时传为佳话。就在病情开
始恶化的时候，简出现了，霍金没有让大家失望，他和简生了很多孩子。
这次在北京看到简一刻不离的陪在他的身边，真的感觉很羡慕。同时拥有
深刻的思想和深挚的爱情，这是一个物理学家所能想象的最完美的人生了。

    鉴于霍金差不多参与了黄金年代中黑洞研究所有的重要问题，我就以
他为线索，讲讲那些激动人心的事实。

     首先我们来看看“黑洞无毛”，西埃玛的学生们花了十五年时间，
和美国，苏联的同行一起完成了这个定理，霍金是其中的关键人物。


     1964年（此时霍金刚来到剑桥读研究生），苏联的物理学大师金兹
堡（和朗道一起提出超导唯象方程）为了研究类星体的能量来源，考察了
塌缩星体的外磁场，他发现在形成黑洞的过程中，磁力线越来越紧的贴在
视界表面（视界(horizon)就是史瓦西半径的推广，可以看成是黑洞的标
志和边缘，这个名字是 的 尔的Rindler起的，很形象。Rindler研究了一
个加速运动的观察者，他发现这个观察者会和时空的一部分完全失去联系
，就像我们看不到地平线下面的东西，从某种意义上说，这里就有一个黑
洞），当黑洞形成时，在远处完全感觉不到磁场，就好像是一个无磁的恒
星在塌缩一样。

     与此同时，泽尔多 维奇的小组发现，即使星体不球对称，有一些可
以当作微绕的小山，塌缩之后黑洞视界仍然是圆的。这是个出人意料的结
果。泽尔多 维奇于是派诺维科夫在三年一次的广义相对论盛会上做了一小
时的演讲，报告了小组的一系列工作。一时间全世界的相对论专家都震惊
于苏联人的研究实力（那时候交往还是很受限制的）。特别是关于塌缩星
结果立刻引起热烈的讨论。

     不久之后，爱尔兰的伊斯雷尔用绝妙的数学推广了这个结果，他的
定理不再限于微绕，甚至一个立方的恒星塌缩也会形成球形的黑洞，只要
这个黑洞不带电，也不旋转。1967年，伊斯雷尔在伦敦作了一次难懂的报
告，这一次西埃玛派去的是Ellis，他在几年后和霍金一起写了一本书《
large scale structure of spacetime》我强烈建议读理论物理的人看看
large scale structure of spacetime》我强烈建议读理论物理的人看看
这本书，你会发现有一天和某个相对论专家讨论问题的时候，他会说：根
据Hawking,Ellis的定理2.1，我们可以知道。。。。。。

      Ellis跑回去告诉老板师兄师弟，“那是一个非常非常有趣的演讲
，伊斯雷尔证明了一个完全在无意中出现的定理，谁也没有想到过它，谁
也没有做过这样的事情。”

      紧接着，诺维科夫，伊斯雷尔，还有普林斯顿的普莱斯，相继认识
到那些隆起的小山，会在塌缩的时候变成引力波辐射出去，剩下一个完全
球对称的视界，而磁场无非是另一种小山。可是有一些东西却不能转化为
引力的波动（引力波有个好听的名字，叫宇宙之海的涟漪），那就是电荷
，还有角动量。

     最后，霍金和西埃玛的另一个学生Carter完成了严格的数学证明。
现在我们认识到，黑洞的状态完全由质量，电荷，角动量来决定，这是黑
洞的三围（90年一篇名为《colored black hole》的文章让我们重新认识
了这一问题，所以准确的说法，应该是除去非阿贝尔规范场的贡献）如果
你懂得物理学，那么用这三个参量可以算出黑洞的一切宏观特性。

     1971年，惠勒又一次成功的颠覆了自己德高望重的形象。他把上面
的结果叫做黑洞无毛(这个词在英文中比较的X,不用解释,心照不宣吧)，
像上次一样,立刻得到物理学家们的热烈欢迎(这帮X人 -_-b)伊斯雷尔头
     最后，霍金和西埃玛的另一个学生Carter完成了严格的数学证明。
一个毫不犹豫的在论文里用,当时Phy.Rev的老编收到稿子以后回信告诉他:
“无论什么条件下,都绝不允许这种猥亵的字眼出现在我的杂志上。”

     不过，大势所趋，物理学家们又一次化腐朽为神奇了。（又一次，
这个词在法语里也很恶，法国没有什么黑洞专家，不知道是不是因为舆
论压力的缘故）

     我所知道的惠勒为老不尊的最后一次发生在他70岁生日，那天他正
好参加一个国际会议，竟然没有几个人送他礼物，为了提醒一下粗心的同
事，他在椅子后面绑了鞭炮。。。。。。会场大乱。