不可不知的黑洞大事记

不可不知的黑洞大事记

1687年

艾萨克·牛顿爵士在《自然哲学的数学原理》中发表了革命性的万有引力定律。

1758年

埃德蒙·哈雷预测的于1758年会再次出现的彗星如期而至,这是万有引力定律的一大胜利。

1783年

英国科学家约翰·米歇尔提出了牛顿版的黑洞存在说。根据他的计算,当恒星的质量大到一定程度时,其巨大的引力使得光也无法从中逃逸,因而,它是不可见的。

1796年

法国数学家皮埃尔·西蒙·德·拉普拉斯也独立得出了

与米歇尔类似的推论。他认为天空中有暗星或隐星存在。

1862年

英国马萨诸塞州的阿尔文·格雷厄姆·克拉克发现,夜晚天空中最亮的恒星天狼星有一颗昏暗的伴星。但让天文学家困惑的是,这颗光度极弱的星体却有着和太阳相当的质量。

1905年

阿尔伯特·爱因斯坦发表了狭义相对论,摒弃了牛顿绝对空间和绝对时间的观念。

1907年

数学家赫尔曼·可夫斯基指出,爱因斯坦的狭义相对论已将时间变成了第四维度,把时间和空间合并成了一个单一的绝对实体——时空。

1915年

阿尔伯特·爱因斯坦发表了广义相对论,成功地把相对论扩展到其他类型的运动,特别是强引力场中的运动。引力现在被看成是质量对弹性时空的影响,物体沿着时空中的凹陷运动。

1916年

德国天文学家卡尔·史瓦西发表了第一个广义相对论方程的完全解。这个结果导致了史瓦西球体的出现,物质在球体中心被压缩为一个点。在球体的表面,时间和空间似乎停滞了。这是我们今天称之为黑洞的物体的一个版本。这个版本的黑洞不带电荷,也不旋转。一些人认为它是使用了坐标系后才出现的人造物,有些人则坚信恒星永远不会被压缩到这样一种状态。爱沙尼亚的厄恩斯特·欧皮克和稍后的英国科学家亚瑟·爱丁顿

计算出,天狼星的伴星仅比地球大一点点,尽管其质量达到约一个太阳。这说明了它光度微弱的原因。这样的恒星后来被称作“白矮星”。

1916年

前往西非和巴西的英国日全食观测队证实,星光在经过太阳附近时,其路径确实变弯了。根据广义相对论,这是星光沿着太阳在时空中造成的凹陷运动的结果。广义相对论取得了胜利。

1926年

英国理论物理学家拉尔夫·福勒运用新建立的量子力学理论,解释了太阳质量大小的恒星在坍缩到地球大小时,是如何稳定在白矮星状态的。

1930年

在一次从印度到英国的海上航行中,苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡发现了白矮星的最大质量极限。他不清楚,如能超过这个极限,白矮星将会如何演变。

1931年

苏联理论物理学家列夫·朗道计算出,一颗质量足够大的恒星会坍缩为一个点。但他认为,这样的结果是“荒谬的”。他猜测,恒星内部会形成“一个巨大的中子核”。

1932年

英国物理学家詹姆斯·查德威克发现了中子。

贝尔电话实验室的卡尔·詹斯基发现了来自银河系中心的无线电波。射电天文学由此开启。

1933年

在美国物理学会的一次会议上,弗里茨·兹威基和沃尔特·巴德

提出,新星、超新星爆发会将普通恒星变成体积很小的中子星。天文学家认为这一猜想太过离谱。

1935年

在英国皇家天文学会的一次会议上,钱德拉展示了他的研究成果:当白矮星的质量超过极限后,会突然坍缩。对此,亚瑟·爱丁顿发表了他那声名狼藉的评判。

1939年

罗伯特·奥本海默与乔治·沃尔科夫是最早对中子星的物理属性展开研究的科学家。他们发现,与白矮星一样,中子星也有最大质量极限。

奥本海默与哈特兰·斯奈德发表了第一篇对黑洞进行现代描述的论文。他们称之为“持续的引力收缩”。之后,奥本海默放弃了这方

面的研究。物理学界对广义相对论的兴趣骤降。

爱因斯坦发表了他一生中“最糟糕的科学论文",试图证明恒星永远不会完全坍缩为一个点(或奇点)。

1948年

美国金融家罗杰·巴布森成立了重力研究基金,以唤起人们对引力研究的兴趣(以便有一天可以开发出反重力装置)。他的资助也的确再一次激发了人们对广义相对论的兴趣。

1952-1953 年

普林斯顿大学的物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒,成为该大学物理系教授相对论课程的首位教授。奥本海默和斯奈德此前提出过“恒星会持续坍缩为奇点”,而惠勒希望找到阻止奇点形成的理论依据。

1955年

爱因斯坦在普林斯顿的同事们都把自己当作一个“老傻瓜”的想法中离世,而他最伟大的成就——广义相对论,在物理学研究中不受重视。

1957年

北卡罗来纳大学新成立的引力研究所在教堂山分校召开了一次会议,探讨引力在物理学中的地位。该会议现在被视作引力研究重生的“里程碑”。在一次国际会议上,约翰·惠勒和他的两个学生试图证明向心聚爆的恒星是如何自救,从而避免坍缩为奇点的,坐在观众席中的奥本海默彬彬有礼地表达了相反意见。

1958年

大卫·芬克尔斯坦为广义相对论发展了一种新的参考系,使人们

更容易理解黑洞的物理特性。它让物理学家能够视觉化地想象,坍缩的恒星对遥远的我们来说看起来像是“冻结星”,但从黑洞的角度来看,仍然在持续地向心聚爆。马丁·克鲁斯卡尔更早得出了类似的结果,但直到1960年才发表出来。

1958-1960 年

在普林斯顿高级研究所的一次学术报告会上,罗伯特·迪克开玩笑似的把完全坍缩恒星比作“加尔各答黑洞”,因为其引力如此之大,任何物质都无法逃逸。物理学家丘鸿毅当时在观众席上。

1962年

利用大卫·芬克尔斯坦和马丁·克鲁斯卡尔开发的新的数学工具,普林斯顿大学的本科生大卫·贝克多夫与其导师查尔斯·米舍内尔共

同研究,对黑洞视界外的空间进行了更详细的描述。这是首次将黑洞视为真实存在的物体进行的描述。

一枚火箭搭载的X射线探测器探测到了第一个宇宙X射线源——天蝎座X-1,这标志着X射线天文学的诞生。

后来,天蝎座X-1被发现是一个双星系统中的中子星。

20世纪60年代早期

加州利弗莫尔国家实验室进行的计算机模拟实验表明,质量足够大的恒星在其生命的末期会坍缩为黑洞。苏联科学家也得出了类似的结果。

计算机模拟实验的结果及贝克多夫的研究说服了惠勒,使他完全改变了自己的观点,转而支持黑洞学说。苏联科学家极少会怀疑黑涧的存在。

1963年

科学家发现,射电星“3C 273”是一个遥远星系的高光度星核,距地球大约20亿光年远。这样的天体很快被命名为“类星系”。

罗伊·克尔为旋转中的恒星的引力场建立了完整的模型,成功破解了这个广义相对论几十年未解的老难题。

首届得州相对论天体物理学研讨会在达拉斯市举行,试图弄清楚类星体使人震惊的巨大能量的来源。这次会议是把广义相对论和天体物理学联系在一起的第一个引人注目的尝试。

1964年

“黑洞”这一词语首见于出版物是于1964年1月18日出版的《物理评论快报》。据该报报道,在美国科学促进会年会的一场关于简并星的天文学分会上,有人在报告中使用了这个词。会议的主持人丘鸿

毅确实提到"星际空间里布满了黑洞",他从罗伯特·迪克那里借用了这个词。

苏联物理学家雅科夫·泽尔多维奇和伊戈尔·诺维科夫认为,超大质量恒星坍缩时,会将附近的尘埃和气体吸引过来,在周围集聚为吸积盘,同时释放出巨大的能量。

康奈尔大学物理学家埃德温·萨尔皮特也独自提出过类似的看法。这样就可以解释为何类星体长期而持续地拥有的巨大的能量来源。

1965年

英国物理学家罗杰·彭罗斯从理论上证明,引力坍缩会不可避免地导致黑洞内部形成奇点。

1967年

约翰·惠勒在美国科学促进会年会上所作的主题发言中使用了"黑洞”这个词,来描述引力坍缩体。依据他的发言写成的论文于1968年发表后,科学界开始把这个词语作为该物体的正式名称。

英国天文学家乔丝琳·贝尔发现了脉冲星,之后这颗脉冲星被确认为旋转的中子星。这一发现使许多人相信,黑洞也可能真实存在。

1969年

罗杰·彭罗斯展示了在黑洞的快速旋转中可以释放出多么巨大能量。

1971年

基于X射线探测卫星乌呼鲁获取的数据,一个非典型射电源——天鹅座X-1,被暂定为黑洞,这是宇宙中发现的第一个黑洞。

1973年

雅各伯·贝肯斯坦发表论文称、黑洞视界的面积确实是可以直接测量的黑洞熵值。

1974年

史蒂芬·霍金试图证明贝肯斯坦的结论是错误的,但他却证明了黑洞会发出辐射(“霍金辐射”),并因辐射而随着时间逐渐蒸发。他的发现是广义相对论和量子力学的历史性连接。

基普·索恩和史蒂芬·霍金就天鹅座X-1是否真的是黑洞打了一次赌。索恩赌它是黑洞,而霍金赌它不是。

1977年

罗杰·布兰德福德和罗曼·兹纳耶克发展了他们快速旋转中的黑洞释放能量的模型。

1990年

霍金向基普认输,承认天鹅座X-1是黑洞。

1999年

美国有两座激光干涉引力波天文台建成,其中一座位于华盛顿州,另一座位于路易斯安那州。2001年天文台开始运作,2015年对设备进行了全新升级,采用更先进的探测器。引力波信号会为黑洞的存在提供第一手直接的证据。

2013年

第50届得州相对论天体物理学研讨会在达拉斯举行,庆祝其成立50周年。

黑洞概念现在已经被人们完全接受了。关于黑洞的话题有黑洞的合并、黑洞的磁化作用、能量的产生以及黑洞诞生时发出的伽马射线暴等。

2016年

LIGO(激光干涉引力波天文台)科学合作组织的专家向全世界宣布,人类首次直接探测到了引力波。这次探测到的引力波是双黑洞合并时发出的。这项成果成为黑洞存在的无可置疑的明证,同时也证实了恒星级双黑洞系统的存在。

(本文选自湖南科学技术出版社出版的《黑洞简史》一书)

不可不知的黑洞大事记


分享到:


相關文章: