“薛定谔的猫”和“惠勒的黑洞”思想实验

可观测宇宙包含了数千亿个星系，每个星系包含了数千亿颗恒星，在恒星生命周期的晚期，不同质量的恒星以突变方式演化为三种致密性天体：白矮星、中子星和黑洞。黑洞是致密性极大值的天体，黑洞奇点的物质密度达到了无穷大，任何形态的物质——包括光子和其它粒子都无法逃离黑洞视界的区域。什么是科学哲学的等效原理？举例说来，黑洞的两种或多种形成途径符合科学哲学方法论的等效原理。黑洞的第一种形成方式是通过大质量恒星的晚期爆发，超过“临界质量”的老年恒星失去了热核聚变的热膨胀力，在恒星自身引力的塌缩作用下形成黑洞。黑洞的第二种形成方式是通过致密性天体的大碰撞，双中子星和双黑洞在碰撞与合并过程中产生了大质量的黑洞。

星系中心通常隐居了一个超大质量的黑洞，它可能是单个黑洞不断吞噬星系物质而产生的，也可能是通过中小质量的黑洞和包括黑洞在内的其它致密性天体的多次碰撞与合并而形成的。恒星级的黑洞或中等质量黑洞在超新星爆发的过程中形成的，星系级黑洞或超大质量黑洞是在恒星级黑洞相互碰撞与合并和吞噬周围星系物质的过程中出现的。黑洞的第三种形成方式是白矮星吸收伴星的物质，白矮星一旦超过了自身的临界质量，就会以超新星暴的方式变成更为致密的中子星或黑洞。太阳恒星在40亿到50亿年之后将以红巨星爆发的方式变为一颗白矮星，我们的太阳最终能否形成一个在黑夜中漫游的黑洞？受科学哲学测不准原理或认不准原理的限定，天文学家不知道其中的答案。

黑洞从理论预测到观测证实经历了漫长阶段，黑洞物理学的产生是科学家集体智慧的结晶。英国自然哲学家米歇尔在1783年用牛顿的万有引力定律计算了天体的“临界周长”，一定质量的天体的周长越短，其表面的引力越强，一个天体的圆周长小于临界周长时，光粒子在天体表面引力的作用下将无法逃离天体引力的场域，小于临界周长的天体就是“黑暗星”或“黑体星”。1915年，爱因斯坦发表了广义相对论，1916年，德国物理学家卡尔·史瓦西从一个球对称、不自转的天体重力场求出了一个被称之为“史瓦西半经”的解，它是一个物体或天体的临界半径，任何一个物体或天体的半径小于临界半经时，这个物体或天体就变成光和粒子也无法逃逸的黑洞。

质量越大的天体的史瓦西半径越大，地球变成黑洞的条件是其半径小于大约9毫米，太阳变成黑洞的条件是其半径小于3千米，喜马拉雅山压缩为一个微型或量子黑洞的条件是其半经小于1纳米。米歇尔以万有引力为基础计算和预测的黑洞与史瓦西以广义相对论为基础计算和预测的黑洞符合科学哲学原理论的等效原理。米歇尔的临界周长和史瓦西的临界半径构成了黑洞物理学等效性的概念，人们可以以物体或天体的临界周长为指标，也可以物体或天体的临界半径为指标对黑洞存在的可能性进行预测。

英国的米歇尔和法国的拉普拉斯在两百多年前预测了暗天体的存在，在科学史的概念上可以定义“米歇尔黑洞”和“拉普拉斯黑洞”的概念。德国的史瓦西和俄国的弗里德曼分别求出了爱因斯坦场方程的一个精确解，在科学史的意义上可以定义“史瓦西黑洞”和“弗里德曼黑洞”的概念。美国的天体物理学家约翰·惠勤在1970年最先使用了“黑洞”一词，1973年，天文学家首次间接地观测到一个黑洞天体，它被命名为“天鹅座X一1”，X射线双星中的一颗是恒星，一个是致密性的天体，经过反复计算，它被确认为是一个恒星质量级别的黑洞。

1961年去世的奥地利物理学家薛定谔生前构想了一个著名的“薛定谔的猫”的思想实验，一只猫被装进了有少量镭元素和氰化物的密闭箱体，镭发生衰变时，触发装有氰化物的小瓶盖，猫会中毒死亡；镭不发生衰变时，猫就会活着。放射性的镭元素处于衰变和不衰变的不确定性状态或量子叠加态，薛定谔的猫就成了一只不知死活或半死半活的猫。可以在科学哲学的概念上构想“米歇尔和拉普拉斯的黑洞”、“史瓦西和弗里德曼的黑洞”和“惠勒的黑洞”的思想实验，假设米歇尔和拉普拉斯、史瓦西和弗里德曼、惠勒五个人分别走进不同类型黑洞视界的迷宫，他们在黑洞内处于死活不明的双重态。

有的物理学家认为，他们会被引力拉伸而死去，有的物理学家认为，他们不会被“剪切”为粒子，“大摇大摆”地走进黑洞后却依就活着。跌入黑洞的物体的信息丢失了，人们无法判断五位进入黑洞的物理学家的死活。什么是科学哲学的等效原理？举例说来，“薛定谔的猫”的死活和五位进入黑洞的物理学家的死活符合科学哲学量子论的等效原理或等效论的量子原理，也就是符合科学哲学不确定论的等效原理或等效论的不确定性原理。“薛定谔的猫”和“惠勒的黑洞”的思想实验在物理哲学上是等价的，但前者是科学的范畴和思想实验，后者是科学哲学的范畴和思想实验。