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霍金提"黑洞火墙悖论" 量子力学相对论或存一误

http://www.kexue.com 2014-01-29 09:38:09 中国科技网  发表评论


关于霍金新“灰洞”理论的问题解答

  斯蒂芬-霍金是现代黑洞理论创造者之一,而近期这位英国著名科学家却以一则“没有黑洞”的新观点震惊了物理学界。在发表于论文预印本网站arXiv上的一篇文章中,霍金摒弃了事件视界(即经典理论中黑洞的边界)的说法,由此指出原有黑洞的概念其实是不存在的,取而代之的,应是“灰洞”。

  新霍氏理论得到的褒贬不一。有人指出该论文只能算一个“表态”,文章通篇没有计算,内容也基于霍金去年8月的一次演讲,其中“没有事件视界”的说法过于武断;而支持的一方,将其视作霍金近年来对黑洞问题的思考总结,大胆却不荒谬,认为其经多年修正,终于找到一个更具有说服力的版本。

  尽管引起了争执,但不可否认的是,霍金在努力尝试为物理学两大支柱理论进行“矛盾调和”,同时,他也为当今理论物理学界的焦点之争提供了一个“简明而诱人”的新选项。英国《新科学家》杂志在线版日前也以问答的方式,梳理了此新理论中可能让人疑惑之处,从而帮助人们更好地理解“霍金在说什么?”以及“黑洞到底怎么了?”

  黑洞究竟是什么?

  按照理论物理学家所言,这里曾是一块时空区域,其如此致密,巨大的引力产生了事件视界,此边界以内连光都没法从黑洞中逃逸。而在1974年,霍金将量子力学引入对黑洞的研究中,其可谓在物理学界炸开了锅,甚至这锅直到现在仍在“沸腾”。

  量子力学有什么问题?

  它很好。但它和物理学的另一大支柱理论——广义相对论相处的不太好。某些情况下你也很难确认二者的意义,例如在黑洞问题上就是这样。霍金很早便将量子理论应用到黑洞,意识到它们“也不是那么黑”,相反,黑洞会排放少量辐射,即“霍金辐射”。

  黑洞的问题出在哪?

  “霍金辐射”理论还认为,当一个黑洞死亡时,其中所有的物质信息都会随之消失。但这与量子理论的“信息永远不会遭毁灭”不兼容。而其他科学家曾提出过,信息可以通过类似蒸发的手段脱离黑洞。起初,霍金并不赞同这种观点,甚至不惜为此打赌,但在30年后,他自己证明了这事儿的可能性。

  现有的黑洞理论已被公认了吗?

  并非如此。在过去的18个月里,“黑洞火墙悖论”一直是学界争论的焦点。这是加州圣巴巴拉大学一个由波尔金斯基领导的团队提出的——量子效应会让“事件视界”变成一个高能区域,就像面“火墙”,任何东西一触即焦。这个理论明显不同意广义相对论中穿过事件视界也可平安无事的观点,产生了一个悖论。

  又是一次两大理论的对决?

  没错。“黑洞火墙悖论”的意思就是两大理论有一个是错误的。物理学家们拼了命似的想找出妥善解决的门路。现在,霍金也介入其中,他的解决方式就是——根本没有事件视界。

  这个意思是我们可以从黑洞中逃出来?

  那你要先有光速运动的能力。霍金用一个表观视界将事件视界取而代之。而表观视界可以因量子涨落出现不同的形状,这便给光的逃逸带来了可能性。

  两种视界真的非常不同?

  目前还不清楚。表观视界的观点也并不是一个全新的观点,霍金与牛津大学的罗杰-彭罗斯以前曾运用广义相对论证明了这两个视界其实是相同的。但在霍金的新论文中,他运用量子力学可能揭示出了两者的差异。

  从此诞生出一个新理论吗?

  不完全是。新论文的主要贡献,是试图用新观点来解决“火墙悖论”的问题——摒弃了事件视界的概念,自然也就没有了悖论。霍金也不认为量子信息会丢失,他指出,黑洞在视界以下部分,结构比较混乱,这使得我们很难理解被释放出去的信息。换句话说,该现象没法解释,仅可以说信息并没有遭到毁灭。霍金在文中写道:“就好像天气预报一样,我们也没法预测超过一定天数之后的天气情况。”而该篇论文的题目就叫《黑洞的信息保存与气象预报》。

  霍金是正确的吗?

  这篇论文很短,也没有出现计算,因此很难得到有力的结论,这也已经引起了一些质疑。波尔金斯基说其听起来就像以“混乱墙”替代了“火墙”,而这完全可能就是一回事儿。英国约克大学的布朗斯坦也不服气,因为“没有看到任何确实的证据来表明他在谈论的东西”。

  如果霍金对了,情况会怎样?

  黑洞也好灰洞也罢,如果能真像他描述的一般,那我们将会更好地解释量子力学和广义相对论现在的种种“不和”。我们也可能从中学习到一些“新物理”,其对理解宇宙的不平凡结构具有现实意义。

  最后一个问题,霍金介意自己出错吗?

  每个人都痛恨自己的错误,霍金也不例外。在他70岁生日时,霍金对《新科学家》杂志说,他以前关于“信息会被黑洞毁灭掉”的想法后来被证明是错误的,就是他此生最大的失误——至少是在他的科研领域中是如此。

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