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征文大赛|身份:预言家

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另:为保证本次大赛的公平,所有入选稿件将不做任何修改,并使用统一模板进行美编。

今天的稿件是由杨晨同学为大家带来的《身份:预言家》,请各位看完后不要忘记投票哦~

天黑请闭眼,今晚的预言家是——阿尔伯特·爱因斯坦。没错,就是那个人人皆知的理论物理学家,也算得上天文学家的爱因斯坦。即便如此,我还是决定先简单介绍一下他的身世背景。


阿尔伯特·爱因斯坦,1879年3月14日出生于德国乌尔姆市的一个犹太人家庭,1880年,随父母迁居慕尼黑,1894年,爱因斯坦一家人又移居意大利米兰。1900年8月,爱因斯坦毕业于苏黎世联邦理工大学,1902年6月16日,他被瑞士伯尔尼专利局雇佣并且于1905年3月发表了“量子论”,提出了光量子假说,解决了光电效应问题。4月又向苏黎世大学提出论文《分子大小的新测定法》,取得了博士学位。5月完成了《论动体的电动力学》,提出著名的狭义相对性原理,开创了物理学的新纪元[1]。同时,这一年也被称为“爱因斯坦奇迹年”。

那么,他的“预言家”身份到底从何而来呢?这得从去年的一张“甜甜圈”照片说起。


北京时间2019年4月10日21时,一场全球新闻发布会正式公布了人类历史上首次直接拍摄到的黑洞照片,人们凭借着自己的主观感受与吃货本质将它戏称为“甜甜圈”。很多人就好奇了,我从小就听过黑洞这个概念,那为什么一张普通的照片就能引起如此大的反响,甚至被称为人类空间探索史上的里程碑事件呢?其实啊,之前的我们即使只是在理论上证明了它的存在,可我们并没有亲眼观看到,就好比在你饥肠辘辘之时闻到了厨房里有一股饭香味,根据简单地推理你知道是妈妈做好了佳肴,但在看到这些美味之前一切仍都只属于猜测。只不过“甜甜圈”作为一个深受众多追捧的“美食”,它被藏得太深了,以至于让我们整整找了200年才发现它的真面目。所以,我们真的很幸运,成为了人类历史上也可能是太阳系历史上第一批亲眼见证黑洞真容的吃瓜群众,换句话说,这是名副其实的亲历历史、见证历史。所以我们在欣赏图片的同时,不得不再次感叹“预言家”爱因斯坦的伟大。说到这,我们就来说说他是怎样预言出黑洞的存在呢。

早在公元18世纪晚期,人类就已经出现了对黑洞能够吞噬光线特性的最早认知。不过在那个时候,科学家们普遍认为,宇宙中可能会存在一种天体,它在密度与太阳相同的情况下直径比太阳大几百倍,同时它的逃逸速度很可能会超过光速,换句话说,理论上来讲存在着一个可以把所有光都吸进去的“暗黑星球”。至于这“暗黑星球”的真面目是什么,它有什么特点,科学家们并没有继续讨论下去。直到1915年,阿尔伯特·爱因斯坦提出了广义相对论,这让科学家们发现用广义相对论来探索黑洞,是一个再好不过的手段了。于是,仅在同一年年底,德国物理学家史瓦西根据爱因斯坦提出的广义相对论中的方程,计算出了爱因斯坦方程的第一个星体静态精确解[2]。通过这一精确解从而引申出来一种极端状态下的可能性,那就是当一个天体如果质量足够大时,它的逃逸速度将超过光速,任何人都无法逃离它。这就是广义相对论基础上的黑洞概念雏形。除此以外,还有另一个数值需要我们关注,它叫做史瓦西半径,当一个天体的半径小于这个半径时我们即可认为它是一个黑洞[3]。可能这种说法太过抽象,很多人不大理解,但现代天文学家给了我们一个通俗易懂的解释:如果想把我们赖以生活的地球压缩成为一个黑洞的话,相当于将这12742多公里直径的地球,压缩成一分钱硬币大小的程度。到目前为止,对于黑洞的产生和种类有着许多种解释,在此我们可以简单阐述为:每一颗星体就犹如每一个我们一样,都有各自的寿命,只不过我们是几十年,而星体是几亿年。当一颗恒星渐渐衰老时,星体内部的燃料由于长时间的热核反应,已经无法再支持它外壳的巨大重量,于是外壳开始向内部的中心点无限塌缩,直到最后形成体积接近无限小、而密度却几乎无限大的一个星体,此刻,它的半径已经收缩到了史瓦西半径程度以内,即使光线也无法从内部逃逸,黑洞也就此而诞生了。

天亮请睁眼,“预言家”已经去往了另一个世界,可是他的思想以及理论,还足以让我们研究几十年甚至上百年。运筹帷幄之中,决胜千里之外,也许这就是他能够改变世界的伟大之处吧。

[1]高斯寒,保罗·哈尔彭.名人物理学家阿尔伯特·爱因斯坦[J].世界科学,2019(06):14-19.

[2]高凌云.恒星沿围绕银河系中心黑洞的运动再次验证了爱因斯坦广义相对论的正确性[J].现代物理知识,2020,32(03):70.

[3]向义和.浅谈广义相对论的创立之五 球对称引力场史瓦西解的得出与对黑洞的分析研究[J].大学物理,2015,34(11):22-27+34.


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