格格党

手机浏览器扫描二维码访问

第7章 太空中的洞黑洞（第6页）

问题出在他的引力理论机制太复杂，使用了许多计算弯曲时空的数学方法，而这些方法是由一批数学家在19世纪发展起来的，其中最著名的有卡尔·弗里德里希·高斯（CarlFriedrichGauss）和伯恩哈德·黎曼（BernhardRiemann）。

在牛顿的理论中，1个方程就足以描述引力，而爱因斯坦的理论则需要10个方程。

[131]因此，要找到给定物质的时空形状，也就是找到爱因斯坦引力场方程的解，是很困难的。

就连爱因斯坦自己也觉得这是不可能的。

所以，在计算水星的反常运动时，他采用了近似的方法，估算了太阳周围的时空弯曲。

不过，史瓦西很熟悉计算弯曲空间的数学方法——黎曼几何。

因此，他很想知道自己是否能比爱因斯坦做得更好。

但在这炮火连天的轰鸣声中，他能找到像太阳这样的局域质量周围空间的确切曲率公式吗？

史瓦西从一些基本的假设开始做起。

首先，假定太阳或者说任何其他恒星是完美的球形；其次，假定太阳周围的时空曲率不随时间而变化；最后，假定时空的曲率与方向无关，只取决于其与太阳的径向距离。

值得注意的是，史瓦西的这些近似假设极大地简化了问题，使方程从原来的10个减少到1个。

接下来，他又施展了一点数学魔法，奇迹般地找出了这个独立方程的唯一解。

史瓦西解决了不可能解的方程，他超越了爱因斯坦。

并且，史瓦西发现的是一种精确的描述，而不是对围绕太阳周围的时空曲率的近似表达。

这是迄今为止发现的第一个爱因斯坦引力理论的精确解。

在接下来的几年里，物理学家们认识到，要想找到爱因斯坦方程的解太难了，于是物理学家们就用发现者的名字来命名这些解，以示敬意。

因此史瓦西的名字以史瓦西解，或者更准确地说是施瓦氏度规（Schwarzschildmetric）而流芳千古了。

利用这个精确解，史瓦西很快证实了爱因斯坦对水星异常进动的解释。

“从这样一个抽象的想法出发，自然而然地计算出水星轨道的异常表现是一件相当奇妙的事情。”

他写道。

[132]

后来史瓦西把计算结果写成了论文，于1915年12月22日寄给爱因斯坦，并随附了一封信。

在信的结尾，史瓦西写道：“如你所见，尽管这里硝烟弥漫，但战争对我还是很友好的，允许我远离这一切，在你思想的土地上行走。”

[133]到那时为止，史瓦西还没有意识到自己嘴里长出的水疱的严重性，很快，他就会因病离开部队，被送往野战医院。

收到东部前线的来信让爱因斯坦感到有点意外。

尽管爱因斯坦意识到，这位年过40的柏林天文台台长在战争爆发时能自愿加入凯撒·威廉二世的军队是一件非同寻常的事，但信中能写些什么呢？

读信时，爱因斯坦惊讶地发现了用自己的理论进行的计算。

他一边用手指沿着代数式往下移动，一边频频点头表示赞同。

爱因斯坦的论文交给普鲁士科学院的事才过了1个月，然而史瓦西不仅掌握了他的理论，还将之推向了新的应用领域。

这是广义相对论的第一个精确解，就连爱因斯坦自己都认为求解有点不太可能。

爱因斯坦立即回复史瓦西：“我对你的论文很感兴趣。

我没有料到，有人能以如此简洁的方法得出这个问题的解。

我非常喜欢你对这个问题的数学处理方式。”

[134]

爱因斯坦在回信中承诺，在下周四将这封信提交普鲁士科学院，并附上几句解释的话。

爱因斯坦果然没有食言，他于1916年1月13日提交了史瓦西论文的概要。