提出黑洞概念的物理学大师

约翰·阿奇博尔德·惠勒。照片摄于boston.com

说起约翰·阿奇博尔德·惠勒这个名字，大多数人可能会觉得很奇怪。

然而，如果你在大学里学了一门物理课程，你一定知道理查德·费曼，一个著名的天才，他不仅在物理的许多领域做出了惊人的贡献，而且通过他在物理学中的顽童地位和无数的轶事让他在物理圈之外的公众知道他。

即使你没有学过大学物理，你也可能看过电影《星际穿越》，并且对里面令人震惊的黑洞印象深刻。然后你应该向黑洞图像的创造者和导演诺兰以及电影的科学顾问，加州理工学院的基普·王座致敬。因为在基普·索恩的指导下，超过30个人和数千台电脑花了一年多的时间在屏幕上展示了有史以来最真实的黑洞图像。

即使你没看过《星际穿越》，你也不知道基普·索恩，但你一定听说过“黑洞”这个术语，宇宙中最神秘的天体之一，是科幻电影和流行科学纪录片中的明星。它与时间旅行和宇宙起源等问题有着千丝万缕的联系，长期以来一直影响着公众的神经。

上面提到的两个人物，理查德·费曼和基普·索恩，都是惠勒的学生。“黑洞”这个词也是由惠勒首先提出和发展的。

1911年7月9日，惠勒出生在佛罗里达州的一个图书管理员家庭。他的父亲在自己的事业中相当成功，这要归功于他对生活的信念:“一切都可以做得比以前更好”，以及“问题的意义在于解决”。这种生活态度影响了童年时代的惠勒，使他深深着迷于理解这个世界是如何运作的——找到这样一个终极问题的答案，并最终成为惠勒一生的追求。

1934年，当惠勒从约翰·霍普金斯大学毕业时，他有机会去哥本哈根与著名的物理学家玻尔共事一年。与科学巨人玻尔共事的经历对惠勒产生了深远的影响。惠勒在他的自传中说:“布雷特(惠勒的前导师)教会了我新的数学推导和计算技巧，而玻尔教会了我看待世界的新方式，一种提问的新方式。毫无疑问，我从事物理研究的方式受到了他们两人的影响。”

当惠勒最终在北卡罗来纳大学安顿下来并开始考虑自己的独立研究课题时，他选择了核物理方向的研究方向。在这个领域，他引入了散射矩阵和共振群结构的概念，这些概念后来成为人们解决散射问题的重要理论工具。更重要的是，基于他与玻尔合作建立的原子核液滴模型，他们提出了原子核的裂变机制——这是后来人们制造核武器的重要理论基础之一。

1938年夏天，惠勒和他的家人搬到了普林斯顿大学，开始了他在普林斯顿的教学和研究生涯。他在普林斯顿最早的学生之一是后来著名的理查德·费曼。这成为他们半个多世纪友谊的开始。在惠勒的指导下，费曼的第一项工作成为量子电动力学理论的基石之一。

然而，战争爆发了。

第二次世界大战改变了许多人的生活，包括惠勒、玻尔、费曼和其他人，他们都参与了曼哈顿计划。惠勒亲自参与了核裂变的实现和应用的巨大工程，他的心里一定百感交集。不仅原子弹，惠勒也是氢弹后续开发的主要设计者之一。

二战结束后，尤其是1952年后，惠勒的研究兴趣转向广义相对论。通过几何动力学理论，惠勒打开了相对论天体物理学的研究领域，在研究核物理和量子力学的过程中，他发现了一个非常有趣的问题，促使他转向广义相对论。惠勒后来回忆道:“1952年1月，我花了一些时间研究奥本海默在1939年发表的两篇文章。在他的文章中，他预言当质量大的恒星的热核物质完全燃烧时，重力将导致恒星坍缩成一个奇点。这不是一个毫无意义的数学结论，而是相对论的真实结果。”

惠勒起初不明白这一点，但他最终承认这个结论是正确的，并转向广义相对论的进一步研究。1967年，他在一次学术会议上提出了“黑洞”这个术语，以取代冗长的术语“重力完全崩溃的行星”。黑洞这个词因其对这类天体性质的简明而被广泛接受。直到今天，黑洞的概念甚至已经成为公众喜欢谈论的话题。至少从交流的角度来看，我们必须感谢惠勒，更不用说他是相对论天体物理学的先驱之一，并在这个领域培养了许多人才。

除了上述两个领域，惠勒在晚年将注意力转向了物理学的基本问题。他提出了延迟选择实验和量子泡的概念，并详细讨论了物理学的基本问题。尽管这些问题还没有被完全彻底地理解，惠勒的尝试已经做出了很大的贡献。

作为“哥本哈根学派”的重要继承者，惠勒本人并没有很高的知名度，但他提出的理念已经深入人心。随着后人的进一步研究，他所寻求的东西的本质已经越来越清晰。