原标题:霍金为什么说,没有“事件视界”就意味着没有黑洞,但是有灰洞
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从上世纪70年代开始,人类对黑洞的研究从理论探讨逐步上升为实际观测,
越来越多的科学家相信并力证它的存在。此时若有不知名的物理学家,扬言“黑洞不存在”,那他一定无异于中世纪教会眼中的布鲁诺。不过,当这句话出自现代黑洞理论的创始人之一斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)之口时,就值得我们好好注意了。
“表观视界”的出现
2013年8月,霍金通过Skype(一款网络即时语音沟通工具),给美国加州大学圣巴巴拉分校的科维理研究所(Kavli Institute)作了一场报告。随后,他基于这场报告的内容,完成了题为《黑洞的信息保存和天气预报》的文章,并于2014年1月22日在arXiv发表。正是这篇文章,摒弃了黑洞周围存在事件视界(Event Horizon)的概念。所谓事件视界,即指黑洞周围看不见的边界。一旦到达这个无形的黑洞边界,任何事物,哪怕是光,都无法逃逸。它是宇宙中的单行道:只能进,不能出。
在这篇文章中,霍金认为:“从光无法逃逸至无穷远的角度来看,没有事件视界就意味着没有黑洞。”为了支持自己的理论,他提出了“灰洞”的概念。“灰洞”的边界被称为“表观视界(Apparent Horizons)”,它只能暂时困住物质与光。
简而言之,霍金的新观点就是黑洞不存在,这个超高密度的天体更像是灰洞。这个观点极大地震动了国际物理界尤其是引力物理界。
霍金在接受《自然》杂志社记者采访时说:“在经典广义相对论的引力理论中,任何事物都不能从黑洞中逃逸,然而量子理论却能使能量和信息从黑洞中逃逸。”一些物理学家承认,对该现象的合理解释,需要一个能够完美合并引力与其他基本自然力的理论。但是,近一个世纪以来,物理学家始终没有发现这样的理论。霍金认为,“正确的处理方法仍然是一个谜” 。
而且,广义相对论与量子理论的冲突,也引出了人们关于“黑洞火墙悖论”的思考。2012年,科维理研究所的理论物理学家约瑟夫·波尔钦斯基(Joseph Polchinski)和他的同事,发现了这个悖论。自那以后,“黑洞火墙悖论”已经困扰了全球物理学家整整两年,而霍金提出的“灰洞”新观点,正是为了解决这个所谓的悖论。这究竟是个怎样的神奇悖论?
无解的“黑洞火墙悖论”?
“在物理学中,悖论是个好东西,”美国加州理工学院的理论物理学家约翰·普瑞斯基尔(John Preskill)说,“它们会向你指明通往重要发现的道路。”而黑洞恰恰是一个滋生悖论的肥沃温床。“黑洞火墙悖论”其实并不复杂,科研人员设计了一个思想实验——如果一个倒霉的宇航员不幸落入黑洞会发生什么。关于这个问题,科学家得出了两个相互矛盾的结果。
在经典广义相对论的引力理论框架中,物理学家认为,宇航员会愉快地通过事件视界,完全不知道自己即将面临死亡的威胁,最终在黑洞无限致密的核心“奇点”,被巨大的引力撕裂。然而,当研究人员详细分析了具体情况后,他们意识到量子力学规律将会彻底“改变”这个宇航员的命运:如果基于量子理论考虑,那么事件视界会转化为一个高能量的区域——“火墙”,它会把宇航员烧焦。这个结果令人震惊,因为尽管“火墙”服从了量子规律,但是它却违反了爱因斯坦的广义相对论——无论他们是落入黑洞或是漂浮在空旷的星系际空间中,自由落体的人应该感受到在宇宙任意处都同等的物理规律。