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睡莲 黑洞 引力波 精选

已有 4712 次阅读 2018-10-15 08:31 |个人分类:物理|系统分类:科普集锦

 


 

 这三个词儿很容易联想在一起:池塘里睡莲盛开,微风吹起涟漪,鱼儿在莲叶底下穿行,快乐地歌唱:“紫茎兮文波,红莲兮芰荷。绿房兮翠盖,素实兮黄螺……”远处两只黑野鸭呱呱呱地扑腾,翻起一串串浪花,追逐着碰撞着争斗着,波浪摇动莲叶,鱼儿吐沫欢呼,啊,引力波来啦!

但这会儿要说的不是虚拟的鸭浪鱼波,而是艺术和物理的感应。我们知道莫奈画过系列睡莲图,近250幅;他还画过其他系列,如草垛、教堂、悬崖、桥、浮冰、民宿、杨树、礁石、塞纳河、象鼻山、火车站、国会大厦……这些画远离了印象派初心的科学式的自然描摹,而是为了表现描绘对象的时间变化。

198910月,钱德拉塞卡(Chandrasekhar)去欧洲度假(也为了躲避1019日的生日会),在维也纳玩儿了10天,看了歌剧,听了交响乐,还读了《卡玛佐夫兄弟》。然后在伦敦玩儿了2天,在牛津与小朋友彭罗斯谈了两天。他们谈的问题是老生常谈的科学追求动机中的美学因素。就在那一刻,钱老突然想起刚看过的莫奈系列画(当时芝加哥艺术馆正举办 90年代的莫奈:系列画”的特展),发觉它们与他的研究竟非常相似。他那会儿正研究黑洞、引力波碰撞和星体的非径向振荡,虽然它们的物理内容五花八门,数学结构却是根本相同的。再看莫奈的系列草垛,草垛都是那几堆,场地几乎也一样,但画的美学趣味(他说的是aesthetic content)却各不相同。钱老似乎拿数学结构来配画的物象,用物理的多样比画的美感——这逻辑怪怪的,或本没有什么逻辑。换个角度看可能“更相似”。系列画呈现了同一场景的季节和光影变幻,单画浮动不同的美学气息,而系列令人从观察的跳跃转向经验的连续。与此平行的是,代表广义相对论景观的静态符号以不同的角色走进方程,呈现一个统一的演化图景。

钱老实际上是从系列画的感觉想到了他自己的系列论文,特别是下面几篇发表在皇家学会会刊的论文,从它们的题目就能感觉其系列味道:

 

1. On the Equations Governing the Perturbations of the Schwarzschild Black Hole.    Proceedings of the Royal Society A343 (1975): 289-98.

2. The Quasi-normal Modes of the Schwarzschild Black Hole. Proceedings of the Royal Society A344 (1975): 441-52. (With S. Detweiler)

3. On the Equations Governing the Axisymmetric Perturbations of the Kerr Black Hole. Proceedings of the Royal Society A345 (1975): 145-67. (With S. Detweiler)

4. On the Equations Governing the Perturbations of the Reissner-Nordstrom Black Hole. Proceedings of the Royal Society A365 (1979): 453-65.

5. On the Nutku-Halil Solution for Colliding Impulsive Gravitational Waves. Proceedings of  the Royal Society A396 (1984): 55-74. (With V. Ferrari)

6. On Colliding Waves in the Einstein-Maxwell Theory. Proceedings of the Royal Society A398 (1985): 223-59. (With B.C. Xanthopoulos)

 

后来,钱老将感想写成一篇有趣的文章:"The Series Paintings of Claude Monet and the Landscape of General Relativity",可惜我没找到原文,他的选集也没收。钱老先后四个地方讲过这个题目(Rutgers大学、印度普纳的校际天文与天体物理中心(IUCAA)、斯坦福大学和本校(芝加哥大学)的物理系),似乎影响不是很大。这个题目确乎有些牵强,系列画与系列论文的相似,不同的人能勾起不同的心思。其实真正有趣而美妙的是,钱老所说的根本相同的数学结构——黑洞和碰撞的平面引力波都满足同一个方程,即Ernst方程,钱老说它是最美的方程。还是借钱老自己的话说得更具体和专业些,感兴趣的伙伴很容易找到相关的文献:

Ernst equation leads directly to the Nutku-Halil solution for two colliding impulsive gravitational waves with uncorrelated polarizations. The origin of the structural similarity of the mathematical theory of black holes and of colliding waves stems from the circumstance that In both cases the Einstein and the Einstein-Maxwell equations are reducible to the same Ernst equation; and. Indeed, as we shall see, even the same solution.

Claude_Monet_038.jpg

 这是Monet在1915-26年间的一幅睡莲,藏奥赛博物馆






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