史瓦西奇點

一九一五年十二月二十四日,阿爾伯特·愛因斯坦在他柏林的公寓裡喝茶時,收到了從「一戰」戰壕裡寄來的一個信封。

它穿越了一個燃燒的大陸,髒兮兮,皺巴巴,沾滿了泥土。一個角已經完全被扯壞了,寄件人的名字也被血跡所覆蓋。愛因斯坦戴上手套,把它拿了起來,用刀把它劃開。裡面是一封信,而信中包裹著的是一位天才最後的火花:卡爾·史瓦西,天文學家、物理學家、數學家、德軍中尉。

「如您所見,戰爭對我足夠仁慈。雖有炮火兇猛,我仍可以從一切中逃離出來,在您思想的土地上進行這次短暫的漫步。」信是這樣結束的,而愛因斯坦在讀它的時候,表情完全是呆滯的,這並不是因為這位德國最受尊敬的科學家之一竟在俄國前線指揮著一支炮兵部隊,或是,他的這位朋友向他隱晦地預報了一場即將到來的災難,而是因為在信的背面,寄信人用極小的字跡——為了解讀它們,愛因斯坦被迫用上了放大鏡——把廣義相對論的第一個精確解給寫了下來。

他一遍遍地讀著那封信。相對論是什麼時候發表的?一個月前嗎?還是一個月都不到?史瓦西不可能在這麼短的時間裡就解開了這麼複雜的方程吧,因為連他自己——這是他發明的啊——都只找到了一些近似解。可史瓦西的這個解是精確的:它完美地描述了一顆恆星的質量是如何使它周圍的空間和時間變形的。

雖說解就在他手裡,可愛因斯坦仍然不敢信。他也知道,要提升科學界對他理論的興趣,這些解是至關重要的;直到那一刻,人們都對它沒什麼熱情,很大程度上也是因為它的複雜性。此前,愛因斯坦已經接受那種可能性了:或許沒有人能就這些方程給出一個令人滿意的解,至少在他有生之年不行。而史瓦西竟然在迫擊炮的轟炸和毒雲中做到了這一點,這真是個奇蹟。「我從沒想到,有人可以這麼輕易地找到這個問題的解!」一平復下來,他就回復了史瓦西。他說他一定會盡快把這篇東西提交給學界,誠不知,他已是在給一個死人寫信。

史瓦西求得這個解,所用的技巧非常簡單:他分析了一顆無自轉無電荷、呈完美球形的理想化的恆星,然後用愛因斯坦方程來計算這團質量會如何改變空間的形狀,就好比一顆炮彈,把它放到床上的時候,床墊就會彎曲。

他的測算無比精確。時至今日,我們在描述恆星的運動、行星的軌跡,以及光在經過一個具有強大引力影響的物體所發生的彎曲時,仍然會使用它。

然而,在史瓦西的解裡,卻有一些非常奇怪的地方。

對於一顆普通的恆星來說,他的解是可行的,周圍空間會發生輕微的彎曲,正如愛因斯坦的預測。而那顆恆星則會懸在這片凹陷的中心,就像窩在吊床裡的兩個孩子。可是,當太大的質量集中在一個極小的區域裡,問題就出現了。這種情況是會發生的,比如一顆巨大的恆星耗盡了燃料,在它自身的引力作用下開始坍縮。根據史瓦西的計算,在那樣的情況下,空間和時間不是彎曲的,而是被撕碎了。那顆星會變得越來越緊實,密度也將不斷增加。其引力會變得如此之大,以至於讓空間無限彎曲,朝自己收攏了,到最後,就成了一個無法逃脫的深淵,跟宇宙其他部分永遠隔絕。

它被稱作史瓦西奇點。

一開始,就連史瓦西本人都排除了這個結果,視其為數學上的反常。畢竟物理學中充滿了各種無限,但都僅僅是紙上的數字,是抽象的,不代表現實世界的任何客體,或只是標誌著計算中的一個錯誤。他算出的奇點無疑就屬於這種情況:一個錯誤,一個怪東西,一個形而上的譫妄。

因為不然的話,那種情形將不堪設想:在他的理想化的恆星周圍一定距離的地方,愛因斯坦的數學瘋了:時間停止了,空間像蛇一樣盤著。而在垂死的恆星中心,其全部質量都集中到了密度無限大的一點上。對史瓦西來說,宇宙中竟然存在這樣的東西,這是無法想象的。它不僅違背了常識,質疑了廣義相對論的有效性,還威脅到了物理學的根基:在奇點上,連空間和時間這兩個概念本身都失去了意義。卡爾想為他發現的這個謎團找到一個邏輯的出口,也許錯誤的根源就在於他自己的小聰明。因為沒有哪顆恆星會是個完美的球形,完全不動,還不帶任何電荷:這種反常現象都是萌生於他強加給世界的、不可能在現實中複製的理想化條件。所以,他的奇點,他告訴自己,雖然可怕,卻只是個想象中的怪物。

然而,他又無法將它拋諸腦後。哪怕浸沒在混亂的戰爭之中,奇點仍像一攤穢物,在他腦海中蔓延著,疊加在條條戰壕織成的地獄之上;它出現在了戰友們的彈傷裡,倒在泥濘中的死馬眼裡,防毒面具玻璃的反射中。他的想象已經被他發現的那個東西給緊緊拽住了:他驚惶地意識到,但凡他的奇點存在,就會一直持續到宇宙的盡頭。那些理想化條件把它變成了一個永恆之物,不增大也不縮小,而是永遠保持原狀。與其他所有事物都不一樣的是,它不會隨著時間而改變,且是雙重不可逃脫的:在他創造的怪異的空間幾何學中,奇點將同時位於時間的兩端,不管你逃往的是最遠的過去或未來,它永遠都會在那裡。在他給妻子的最後一封信中——是從俄國寄出的,就在同一天,他跟愛因斯坦分享了他的發現——卡爾抱怨說,好像有種奇怪的東西在他的身體裡生長:「我也不知道它叫什麼,怎麼去定義,可它有種遏制不住的力量,把我所有的想法都變成了漆黑的。這是一種沒有形狀也沒有維度的虛空,一個看不見的暗影,我卻切身感受到了它。」

不久之後,那種不適感就侵佔了他的身體。

他的病始於嘴角的兩個水泡。一個月後,它們覆蓋了他的手、腳、喉嚨、嘴唇、脖頸和生殖器。又過了一個月,他死了。

軍醫對他的診斷是天皰瘡:身體認不出自己的細胞了,開始猛攻它們。阿什肯納茲的猶太人對這種病尤其易感,而負責治療他的醫生說,這或許是他幾個月前暴露在了一次毒氣攻擊之下所致。卡爾在日記裡提到過這個:「月亮飛快劃過天空,就好像時間加速了。我計程車兵都預備好了武器,正等待攻擊的號令,可這怪異的天象對他們來說就像一個不祥之兆,我都能看到他們臉上的恐慌。」卡爾嘗試跟他們解釋,月亮並沒有改變它的性質,這只是一種視錯覺,有一層稀薄的雲飄過了這顆衛星表面,讓它顯得更大更快了而已。可是,儘管他講得如此溫柔,像在跟自己的孩子說話一樣,也仍然沒有能夠說服他們。就連他自己也擺脫不了那個想法:自從戰爭開始,一切都變快了,像從山上滑下來一樣。而天一放晴,他就看到兩名騎兵正朝此地疾馳過來,身後是一團像海浪一樣撲向他們的濃霧。那霧氣高如崖壁,彌蓋了整個地平線,從遠處看,似乎一動不動,但很快就把其中一匹馬的蹄子捲了進去,一人一馬頃刻倒地。警報響徹了戰壕。卡爾不得不幫著兩名年輕士兵繫上面罩的膠皮帶,兩人都被嚇癱了,而他剛繫好自己的,毒氣的霧雲就降臨在了他們的頭頂。

戰爭開始時,史瓦西超過四十歲了,是德國最富盛名的天文臺的臺長;這兩項中的任何一項都可以免除他的兵役,但卡爾是個有榮譽感的人,他熱愛他的國家,而且,就跟德國千千萬萬的猶太人一樣,他也急於證明自己愛國,於是他自願入伍了,對朋友的規勸和妻子的警告充耳不聞。

在尚未認識到戰鬥的現實、親身體驗到現代戰爭的恐怖時,史瓦西僅僅覺得,戰友情讓他重新煥發了活力。營隊首次分組演練時,也沒人叫他,他就自己開發出了一套讓坦克的瞄準裝置更加完善的機制。他利用空閒時間把它給做好了,跟當年他組裝自己的第一臺望遠鏡時一樣,滿懷著熱情,就彷彿那幾個月的訓練,那些操練和演習,又幫他拾回了童年時代那顆按捺不住的好奇心。

他從小對光痴迷。七歲時,他就把他爸的眼鏡卸了,把鏡片塞到了一張捲起來的報紙裡,給他弟弟看土星環。他整晚整晚地不睡,哪怕天上完全是陰的。他爸見他一直盯著漆黑的天空,就很擔心,問他在找什麼。而卡爾回答道:有顆星,就藏在雲的後邊,只有他看得見。

從他會說話時開始,講的就都是星星,他是這個由商人和藝術家組成的大家庭裡的第一位科學家。十六歲時,他就在著名期刊《天文學通報》上發表了一篇關於雙星系統軌道的研究。不到二十歲,他就寫了篇恆星演變的文章,從作為氣體雲的形成,到最後災難性的爆炸,他還專門發明了一個系統,來衡量它們光的強度。

他深信數學、物理和天文都屬於同一種知識,應該被當作一個整體。他還相信,德國有能力成為一個可以和古希臘比肩的文明強國,但為此必須把它的科學提升到哲學和藝術的高度,因為,「只有像聖人、瘋子或神秘主義者那樣,擁有一個整體的視野,才能破譯宇宙組織的形式」。

打小他的眼睛就離得很近,大耳朵、紐扣鼻、薄嘴唇、尖下巴。成年後,他長了一張寬闊的額頭,而稀疏的頭髮則預示著他未能來得及發展的禿頂,他的眼神中滿是智慧,而狡黠的微笑則躲藏在如尼采一般濃密的帝國式的鬍子後面。

他的小學是在一所猶太學校裡唸的,他把拉比的耐心都耗盡了,朝他們丟擲了一些沒人知道答案的問題:《約伯記》裡的這節是什麼意思呢,說耶和華「把北極鋪在空中,將大地懸在虛空」?而在他練習簿的邊緣,緊挨著那些令同學們無比沮喪的算術題,他計算著旋轉流體的平衡,拼命想證明土星環是穩定的,他一次又一次地看到它塌了,這是他一再遇見的夢魘。為了減輕他的痴迷,他爸逼他去學了鋼琴。等到第二節課上完,卡爾就把鋼琴的蓋子給掀開了,把琴絃都卸了下來,想摸清它發聲的邏輯;他讀過《世界的和諧》,約翰尼斯·開普勒相信,每顆行星在環繞太陽時,都在演奏著一個旋律,那是星球的音樂,我們的耳朵是聽不到的,但人腦可以破譯它。

他從未失去對事物感到驚奇的能力:當他還是個大學生的時候,他就在少女峰頂觀察過一次日全食。雖說他對這個現象之所以會產生,其背後的天體執行機制瞭如指掌,可他仍然花了很大力氣才得以接受,像月亮這麼小的一個星體竟能讓整個歐洲陷入深深的黑暗。「空間是多麼奇異啊,光學和透視的法則又是多麼光怪陸離,最小的小孩只要一伸手,就能遮住太陽。」在寄給他弟弟,在漢堡當畫師的阿爾弗雷德的一封信裡,他曾這樣寫道。

為他贏得博士學位的那篇論文計算了衛星在它所環繞的行星的引力拉扯下會產生怎樣的變形。在我們的月亮上,地球的質量會引發席捲其整個表面的潮汐,就類似於它在我們的海洋中引發的那種。只是說,月球上的潮汐是固態的,四米高的巖浪在月殼上蔓延著。而兩個星體之間的引力讓它們的旋轉週期完美同步。由於月球自轉和它繞地球公轉所用的時間完全相同,它的其中一面總在我們的視野之外。自從人類誕生,我們就從未觸及過那個暗面,直到一九五九年,蘇聯「月球3號」探測器才首次拍下了它的真容。

他在庫夫納天文臺實習的那段日子裡,獵戶座肩部上方,御夫座的一個雙星系統變成了新星。一連好幾天,它都是天空中最亮的物體。這個雙星系統裡的那顆白矮星從很久以前就耗盡了燃料,一直休眠到了這會兒,可它突然就開始吸收起了它的伴星,那顆紅巨星上的氣體,繼而在一次大爆炸中復生了。史瓦西觀察了它三天三夜,一秒鐘都沒睡;瞭解星星災難性的死亡,在他看來,關乎我們人類未來的生存:如果某顆星在我們的地球附近爆炸了,是可以摧毀我們的大氣,滅絕所有生命的形式的。

二十八歲生日的第二天,他成了全德國最年輕的大學教授,被任命為哥廷根大學天文臺的臺長,儘管他並沒有履行任職的先決條件,皈依為基督徒。

一九〇五年,他到阿爾及利亞去看一次日全食,但他沒有注意最大的曝光時間,弄傷了左眼的角膜。當取掉強迫他敷了幾周的膏藥時,他發現視野裡有個兩馬克硬幣大小的陰影,閉著眼都能看見。醫生告訴他,這種損傷是不可逆的,而他的朋友們都很擔心,萬一他以後瞎了,會對他的天文學家生涯造成怎樣的衝擊。面對這些,他半開玩笑半當真地說,他犧牲了一個眼睛,為的是看得更遠,就跟奧丁一樣。