霍金說：“黑洞不存在”

白瓦

斯蒂芬·霍金是當(dāng)代最著名的理論物理學(xué)家，雖然他癱瘓在輪椅上，但是他對黑洞和宇宙學(xué)的研究做出了很多重要的貢獻，而且他的科普著作《時間簡史》享譽全球?；艚鸾?jīng)?！罢Z出驚人”，比如他曾說過，嘗試與外星人交流是非常危險的，因為外星人對待人類的態(tài)度，很有可能會像當(dāng)初歐洲人對待美洲原住居民一樣殘酷。

2014年1月，霍金再次“語出驚人”，他宣稱“黑洞不存在”。霍金就是靠研究黑洞而在學(xué)術(shù)界出名的，這么一說不是打自己臉嗎？

霍金宣稱“黑洞不存在”這句話是來自他的最新論文。其實，霍金并不是說黑洞真的不存在。事實上，天文學(xué)家經(jīng)過幾十年的觀測，找到了很多有利的證據(jù)證明黑洞的確存在。那么霍金想說的究竟是什么意思呢？

原來霍金的論文想解決關(guān)于黑洞的兩個悖論。這兩個悖論的根源在于廣義相對論和量子力學(xué)之間有著內(nèi)在的沖突，所以這倆悖論很棘手，令許多物理學(xué)家頭疼。要想了解霍金所說的話的真正含義，我們得先了解黑洞的兩個悖論。

黑洞會“毀尸滅跡”？

首先，我們先介紹一下什么是黑洞。黑洞是愛因斯坦廣義相對論的最著名的預(yù)測之一。在愛因斯坦描述的彎曲的時空里，有一種天體，它的引力會如此之強，氣體、塵埃、恒星、行星和星系，甚至包括光一旦掉進它的邊界里，這些物質(zhì)就永遠無法從中越過邊界逃逸出去了，這種可怕的天體就是黑洞。其中，物理學(xué)家把黑洞那有去無回的邊界稱為“事件視界”。所以說，黑洞是名副其實的“黑洞”，它會吞噬一切并且不再吐出來。

另外，根據(jù)20世紀中期建立起來的量子力學(xué)，許多物理學(xué)家相信，那些掉進黑洞的物質(zhì)所攜帶的信息不會被毀滅，應(yīng)該在某些地方得以保留。例如，一個黑洞可以把一本書吞噬掉，并把書分解為各種粒子。但是只要這些粒子還存在，那么理論上還可以使用這些粒子重新組建成原來的那本書，盡管其難度巨大。也就是說任何事物——包括黑洞——都休想毀尸滅跡。

然而，在20世紀70年代霍金對黑洞的研究成果，改變了過去的觀念。他指出的是，黑洞會向外輻射并損失質(zhì)量，最終會蒸發(fā)得一干二凈。廣義相對論認為黑洞的所有性質(zhì)，包括輻射出來的粒子，都與掉進它內(nèi)部的物質(zhì)無關(guān)，所以說輻射不攜帶任何與它內(nèi)部物質(zhì)有關(guān)的信息。當(dāng)黑洞蒸發(fā)殆盡之后，黑洞里的任何信息也就永遠消失了。黑洞可以把吃進去的東西毀尸滅跡，而這卻與量子力學(xué)描述的“信息不會被毀滅”的觀點相矛盾。這個問題被稱為黑洞的“信息悖論”。

這個悖論還沒得到解決，另一關(guān)于黑洞的悖論又出現(xiàn)了。這個新的悖論是在2012年發(fā)現(xiàn)的，叫做“火墻悖論”。按照量子力學(xué)理論，如果黑洞輻射攜帶信息的話，物理學(xué)家認為，黑洞的事件邊界會形成一個劇烈的高能量區(qū)域，或者可以稱之為黑洞的“防火墻”。如果一名宇航員掉進黑洞的話，那么他會直接撞到“防火墻”上，燒成灰燼。

這個就產(chǎn)生了問題，黑洞“防火墻”的存在很符合量子力學(xué)，但卻與廣義相對論相矛盾。根據(jù)廣義相對論，這名宇航員掉進黑洞的過程中，他不會感受到任何異常，因為時空是連續(xù)的，事件邊界與周圍沒有任何不同之處，他甚至不會察覺自己何時經(jīng)過了事件視界，進入了黑洞。

所以，黑洞的存在使得一些科學(xué)理論突然變得不合理起來了。雖然現(xiàn)在已經(jīng)有許多理論聲稱解決了這些悖論，但是沒有一個在物理學(xué)界得到了廣泛的認同。

黑洞“名不副實”

“信息悖論”和“火墻悖論”令許多物理學(xué)家大為惱火，而霍金最近所寫的論文就是要解決這兩個悖論的。

霍金所要表達的意思是，黑洞不管之前吃了什么東西，最終都會吐出來?；艚鹫J為，把量子效應(yīng)考慮進去就會發(fā)現(xiàn)，黑洞并不存在那個有去無回的事件視界，不過黑洞還會存在一種邊界，霍金把它稱為“表觀視界”。試圖從黑洞中逃逸的光子抵達表觀視界時會停留在這里，等待時機逃跑。

但由于表觀視界并不會始終存在下去，在某種特定的情況下，表觀視界會消失掉，這樣黑洞內(nèi)部的任何物質(zhì)都可以以輻射的形式直接從黑洞內(nèi)部逃逸出來，包括所攜帶的信息都將會被釋放出去?；艚鸩]有指明什么情況下表觀視界會消失，也許是我們尚未了解的某些量子引力的相關(guān)效應(yīng)導(dǎo)致的。

這樣一來，量子力學(xué)和廣義相對論仍然能保持各自的正確性，而且黑洞的存在也不會產(chǎn)生“信息悖論”和“火墻悖論”。雖然信息并沒有被毀滅，但是由于量子力學(xué)的不確定性，被黑洞釋放出的信息可能早已被攪亂得無法辨認了，盡管理論上是可以通過分析釋放出的信息，去了解之前是什么樣的物質(zhì)掉進了黑洞，但實際上很難再做到這一點?；艚鸢堰@種困難程度描述為像超長期的天氣預(yù)報一樣難：理論上可行，但實際上很難做到。所以霍金把論文的題目稱為《黑洞的信息保留與天氣預(yù)報》。

如果霍金的理論是正確的話，那么任何物體都可以從黑洞中逃逸，所以用“黑洞”描述這種引力巨大的時空區(qū)域就不恰當(dāng)了，因為當(dāng)初之所以用“黑洞”來命名，就是強調(diào)沒有任何東西可以從這個區(qū)域內(nèi)逃逸。所以，霍金在論文中說，“事件視界的缺失意味著黑洞——一種能使光永遠無法逃離其中的事物——其實并不存在?！?/p>

那么霍金的這個觀點是正確的嗎？許多人表示霍金很有可能是對的，因為黑洞其實是高度量子化的時空區(qū)域，本來這里時空的概念就有一些模糊不清，更別說會有一個嚴格的邊界了。但是，霍金的論文很短，正文只有兩頁，而且沒有任何數(shù)學(xué)公式，所以你沒有辦法去驗證霍金的觀點是否正確。因此，有些科學(xué)家認為，用這種表觀視界替代事件視界的做法去解決悖論的方法，本身就比悖論更加令人困惑。有些科學(xué)家認為，霍金的這個方法好像并不能解決“火墻悖論”，因為只要有任何類型的邊界存在，不管它存在多長時間，都不可避免地會在上面形成一道“防火墻”。

不過霍金也表示，要真正解決這些悖論，我們所需要的就是一種能把廣義相對論與量子力學(xué)完美結(jié)合起來的全新理論。但這個理論目前并不存在，所以對這些悖論的解決還需要很長的路要走。