在科学家承认黑洞存在的近 200 年前，一位名叫约翰·米歇尔的英国牧师发表了一些关于黑洞这些奇怪天体的令人惊讶的先见之明。然而为什么他的工作不那么出名呢？本·普拉茨-米尔斯 (Ben Platts-Mills)在他的2018年出版的《 告诉我行星》（Tell Me The Planets）里向我们揭示了这段科学史的内幕。
黑洞的存在是一个令人困惑的想法，尤其是考虑到宇宙中可能存在数十亿个黑洞。20 世纪的几十年里，杰出的物理学家拒绝相信黑洞是真实存在的，无视数学预测。这些怀疑者甚至包括阿尔伯特·爱因斯坦——正是他的广义相对论使得黑洞成为可能。
然而，有一个人对黑洞表现出了非凡的预见性——而且早在爱因斯坦出生之前就如此。早在18 世纪，一位鲜为人知的英国牧师约翰·米歇尔就仅使用牛顿定律，以一些重要且令人惊讶的方式预测了这些天文奇特物体的出现。米歇尔是谁？他预测了什么？为什么他的想法大多被遗忘了？
校长约翰·米歇尔信奉“牛顿基督教”，他对黑洞有着惊人的预见性
米歇尔于 1724 年出生在英格兰埃克林村，父亲是教区牧师吉尔伯特·米歇尔，母亲是奥比迪恩斯·杰拉德。约翰与弟弟和妹妹一起在家接受教育，早年以好学和洞察力而闻名。据历史学家罗素·麦考马赫称，他的父亲吉尔伯特喜欢引用一位家庭朋友的话，这位朋友将约翰描述为“他见过的最清醒的人”。吉尔伯特重视思想独立，自称“不依附于世界上任何团体或教派”。他的家庭信奉自由主义基督教——一种崇尚理性而非过度教条的传统，起源于艾萨克·牛顿领导的剑桥大学。所以，当约翰上大学的时候，他就去了剑桥大学。
大学里咖啡馆林立，学生人数只有 400 人，气氛融洽，是思想交流的理想场所。米歇尔在大学里担任过20 多年的各种职务，研究和教授过希伯来语、希腊语、算术、神学和地质学等学科。他是一位坚定的实验主义者，正如另一位传记作者阿奇博尔德·盖基所说，“他喜欢自己建造仪器……他在皇后学院的房间里摆满了各种工具和机器，有时看起来像一个车间”。在剑桥大学期间，他开始展现出科学远见。
1750 年，他发表了一篇关于磁学的论文，介绍了至少一条全新的定律——“平方反比定律“，进一步推动了磁铁在导航中的应用。1760年，他发表了一篇关于地震力学的论文，描述了现在已知构成地球“地壳”的地球分层，并展示了地震如何以波的形式穿过这些层。他还展示了一种估计1755 年里斯本灾难性地震震中和震源的方法，并探讨了海底地震可能引发海啸的想法。
1764 年离开剑桥后，他与萨拉·威廉姆森结婚，并搬到约克郡的桑希尔，追随父亲的脚步，担任教区牧师。萨拉于次年去世，米歇尔于1773 年与安·布雷克诺克再婚。在教会工作的同时，他还与当时的其他自然哲学家和知识分子保持通信，其中包括美国博学者本杰明·富兰克林。
从 21 世纪的角度来看，我们会惊讶于一个教会的专职人员投身于科学核心。但是，与大多数18 世纪的知识分子一样，米歇尔并不划分宗教和科学的边界。17 世纪早期望远镜的引入在整个欧洲引起了巨大的哲学动荡。上帝创造的固定、可观察的层次结构——地球和天堂——被科学史学家亚历山大·柯瓦雷 (Alexandre Koyré)称为“不确定甚至无限的宇宙”所推翻，必须通过观察“其基本组成部分和规律”来理解。但对于像米歇尔这样的思想家来说，这场革命并没有取代上帝，它只是重新揭示了他的神秘性：正在研究的自然法则仍然是上帝的法则。
正如牛顿在 1704 年所写的那样，“我们对 [上帝] 的责任，以及对彼此的责任，将在大自然的光芒下显现出来。”米歇尔遵循的正是这种牛顿式的基督教。正如麦考马赫所说，“他的宗教真理与自然真理是一致的”。因此，除了教区职责外，米歇尔逐渐将注意力集中在宇宙学上，特别是引力的性质上。在这个领域，他创作了既具有革命性又具有预言性的作品，即使在他去世很久之后也是如此。
和米歇尔一样，艾萨克·牛顿（这幅画作描绘的是他在伦敦一座教堂的圣器室里）也认为信仰和科学之间不存在任何区别
米歇尔制作了他自己的 3 米反射望远镜，并于 1767 年首次将新的数学统计方法应用于可见恒星的研究，证明像昴宿星团这样的星团无法用随机分布来解释，而一定是引力作用的结果。
1783 年，米歇尔的朋友亨利·卡文迪什写信给他，提到米歇尔在建造一架新的、更大的望远镜时遇到了一些困难。“如果你的健康状况不允许你继续这样做，”他写道，“我希望它至少能让你更轻松、更省力地丈量世界。”这听起来像个笑话，也许本来是想搞笑，但卡文迪什指的是一项真正的努力。
米歇尔一直在研究扭力秤，这种装置能让他通过测量铅块间的引力来估算地球的密度。米歇尔在使用该装置之前就去世了，但他去世后，该装置被交给了卡文迪许，后者于1797 年进行了实验。他计算出的地球密度与现在公认的值相差 1% 以内。直到1895 年，卡文迪许的结果才被超越，而米歇尔装置的一种变体至今仍用于测量引力常数——即整个宇宙中起作用的引力强度。
预言黑洞
卡文迪什发表信函的同一年，米歇尔发表了一篇论文，其中提出了一个假设，尽管后来证明这个假设的科学性不那么强，但也许是他最聪明的见解。该论文运用牛顿力学原理，首先解释了如何通过观察恒星引力对附近其他天体（例如其他恒星或彗星的轨道）的影响来确定恒星的密度。然后，米歇尔继续讨论了如何利用光的行为来实现类似的目的：
“现在让我们假设光粒子像我们所知的所有其他物体一样被吸引……对此毫无疑问，因为据我们所知或有理由相信，引力是一条普遍的自然法则。”
光会从这样的恒星中逃逸，但正如米歇尔所解释的那样，“会因为自身的引力而返回到恒星”。
光的粒子理论或“微粒”理论是由艾萨克·牛顿在 80 年前提出的，尽管没有人能够证明这一点，但在米歇尔的时代，它仍然是主流观点。米歇尔解释了光在重力作用下的行为如何至少在理论上可以提供一种计算恒星密度的方法，特别是如果一颗恒星“大到足以明显影响从它发出的光的速度”。虽然以现代科学的理解，他对重力对光速的影响是错误的（它并没有减慢），但他的推理是正确的。
根据同样的原理，米歇尔推断出——这次是正确的——最重的星体的引力也可能完全压制它们自己的光线。一颗恒星要达到这一点，它的密度必须与太阳相同，大小约为太阳的500 倍。光最初会从这样的恒星中逃逸，也许会流向附近的轨道行星，但米歇尔解释说，“它自身的引力会让它返回到恒星。”
由于这种恒星的光无法到达我们，“我们无法从视觉上获得任何信息”，但我们仍然可以从其他附近星体轨道的不规则性中探测到它，这种不规则性是由这颗看不见的恒星的引力造成的，“这在任何其他假设下都无法轻易解释”。
米歇尔解释说，这些推测“与我目前的目的有些偏离”，但它们可能包含了牛顿物理学中可能出现的最接近黑洞的概念，更不用说识别黑洞的工作方法的概述了。正如米歇尔所建议的那样，通过邻近恒星的轨道已经探测到了几个黑洞。直到最近几年，望远镜图像才证实了间接证据。
根据麦考马赫的说法，当时科学家普遍认为存在不可见的恒星。米歇尔发表论文的同一年，其他几位天文学家也开始讨论已灭绝的恒星。1805 年，天文学家爱德华·皮戈特发表了一篇论文，提出了“从未展现过一丝光亮”的恒星的可能性。虽然它们的真实数量永远无法得知，但他问道：“那么假设它们的数量等于发光的数量是否过于大胆或空想？”在法国，博学者皮埃尔-西蒙·拉普拉斯在1790 年代后期独立于米歇尔提出了暗星的概念。
然而，此后不久，新的实验证实了光是由波而不是质量粒子组成的观点，而光可能变形或被引力捕获的观点开始变得过时。米歇尔的天文学工作逐渐被人遗忘，直到20 世纪下半叶才被重新发现。
物理学家基普·索恩 (Kip Thorne)在其 1994 年出版的《黑洞与时间扭曲》一书中描述了米歇尔及其同时代人对引力隐形恒星概念的热情与“20世纪普遍且几乎普遍的对黑洞的抵制”之间的“鲜明对比”。他总结道，关键的区别在于，米歇尔的暗星理论虽然奇特，但“并未对任何关于自然的珍贵信念构成威胁”，也没有挑战“物质的永恒性和稳定性”。正如麦考马赫指出的那样，相比之下，现代黑洞恰恰是：“时空中的一个缺口，一个无限的井，任何东西都无法从中逃脱”。尽管如此，麦考马赫推测，米歇尔“承认‘我们在创造过程中发现的无限多样性’，对我们的黑洞不会有任何问题。”虽然没有办法验证这一说法，但考虑到米歇尔非凡的科学想象力以及他对牛顿理性传统的坚持，这一说法确实很有吸引力。
在这幅 19 世纪的插图中，一名男子透过地球看向更广阔的宇宙的真实运转
米歇尔于 1793 年 4 月21 日去世，享年 68 岁，一直担任桑希尔的校长。他那个时代的其他知识分子过去和现在都比他出名得多。他们发表文章的频率更高，而且主题也更受欢迎。相比之下，米歇尔则跟着感觉走。用麦考马赫的话来说，他“只研究他感兴趣的科学问题，不管在哪个领域，他都会尽可能深入地研究；他只在自己愿意的时候发表作品，而且只有在他完全满意的时候才会发表”。这在一定程度上解释了他死后默默无闻的原因——他以思想自由的名义牺牲了影响力和名望。
正如亚历山大天文学家伊本·海赛姆在牛顿之前700 年所观察到的那样，“追求真理的人”不是信任权威的人，“而是怀疑自己对权威的信仰……是接受辩论和论证的人”。米歇尔继承了这一传统，像他的父亲一样，自学成才，不依附于任何“团体或教派”，以保护他的科学诚信。
米歇尔的独立性让他拥有了原创思想必不可少的另一种自由：想象力。据麦考马赫说，他之所以选择天文学，正是因为它为理论提供了新的前景。米歇尔对科学想象力的热爱，预示了当今理论物理学家的创造力。正如爱因斯坦在 1929 年所说的那样，“想象力包围着世界。”
