斯蒂芬·霍金有了一個新的令人費解的黑洞理論,這個怪異的宇宙物體再次給了霍金機會來鞏固了他的聲譽,以證明他是活在這世界上的最著名的科學家。他在 nature news 上發(fā)表了一篇文章推翻了自己的黑洞理論稱由于找不到黑洞的邊界,因此黑洞是不存在的。他提出了一個新的“灰洞”理論認為,物質和能量在被黑洞困住一段時間以后,又會被重新釋放到宇宙中。為了使您不會陷入混亂,請閱讀我們下面的解讀:
黑洞究竟是什么?
這真是一個好問題。根據理論物理學家所言,它們曾經是一塊時空區(qū)域(組成宇宙的結構),由于漸漸聚集到一起,它們巨大的引力就產生了一種被稱為事件視界東西,使得你無法從黑洞中看到任何東西,甚至連光都沒辦法從其中離開。然而在1974年,霍金將量子力學引入對于黑洞圖片的研究中,引發(fā)了一場直到今天還在進行的爭論。
量子理論有什么問題?
量子力學與物理學中的另一大理論—廣義相對論,之間存在著一些分歧。因此很難確認兩者在何種情況下是有意義的,例如在黑洞這個問題上就是如此。霍金將量子理論應用到黑洞的研究中,并且意識到黑洞并非會吸收所有的物質。相反,黑洞應該會排放少量的輻射,這使它們逐漸萎縮并最終消亡。
好的,因此黑洞并不是不朽的。那么問題在于?
霍金的輻射理論還認為,當一個黑洞消亡時,其中所有的物質都會隨之消失,但這種觀點卻是量子理論所不能解釋的。在量子物理學中,即使進入另外一個黑洞之中,關于原先黑洞消亡的信息是永遠不會消失的。其他理論學家提出了新的理論,即信息可以通過類似蒸發(fā)的手段脫離黑洞,以此來解釋之前的 “信息悖論”。起初,霍金并不贊同這種觀點,直到30年后,他自己證明了這件事的可能性,并被迫承認了與另一個物理學家7年前的賭約。
這意味著現(xiàn)在所有人都贊同現(xiàn)有的黑洞理論?
但愿如此。在過去的18個月里,黑洞研究團體一直在竭力反對一種由信息悖論衍生出來的觀點—防火墻悖論。由加州圣巴巴拉大學的 Joseph Polchinski 領導的一個團隊提出了一個理論,離開黑洞會產生巨量的能量并在事件視界處制造一個火墻,并摧毀任何在其中的物質。這個理論打破了相對論關于穿過事件視界是平安無事的理論—這產生了一個悖論。
這是量子理論與相對論之間的又一次對決!
事實確實如此。防火墻悖論意味著這兩種理論有一種是錯誤的,所以物理學家們爭先恐后地在兩種理論間尋找一種不會產生火墻問題的平衡性的解釋。現(xiàn)在霍金已經介入其中,并表示想要解決這個問題的辦法,就是放棄那個讓黑洞變得如此奇妙的東西—事件視界理論。
等一下…這是否意味著實際上你是可以從黑洞中逃脫的?
當然,想要從黑洞中逃脫你可能先要有能力以光速行駛。在本周早些時候,霍金在網上發(fā)布的文章中說道:“事件視界不存在并不意味著黑洞并不存在—從物理學的角度來說,光線是不可能無窮盡的傳播的”。相反,黑洞表面存在一種“表觀視界”,它可以吸收光線,但也會因為量子波動的原因導致形狀發(fā)生變化,這便給光線的逃脫帶來了可能性。
這兩種視界真的那么不相同?
答案目前還不清楚。表觀視界的觀點并不是一個全新的觀點,霍金以及牛津大學的Roger Penrose之前曾經運用廣義相對論證明了這兩個視界其實是相同的。在霍金最近的一篇論文中提到,運用量子力學可能可以揭示兩者的不同。
那這是一個新的理論嗎?
這么說其實不確切。這篇新論文主要是試圖用這些觀點來解決防火墻悖論的問題。將事件視界的概念消除自然也就沒有了防火墻悖論。那么接下來人們通常會認為量子信息自然就會丟失,但是霍金表示事實并非如此。他認為,黑洞在視界以下部分的結構是混亂的,這使得我們很難去推斷信息究竟是如何被釋放出去的。換句話說,霍金認為信息的丟失,是一種幾乎沒有辦法去解釋的現(xiàn)象,但這并不意味著實際上信息被毀滅了。霍金在文中寫道:“這就好像天氣預報一樣,我們沒有辦法預測超過一定天數之后的天氣的情況。”
他是正確的嗎?悖論被解決了?
霍金的論文很短,只有兩頁的文本,很難讓人從中得到任何站得住腳的結論,但這已經引起了一些研究者的質疑。Polchinski說道:“目前尚不明確他期望周圍的觀察者觀察到的現(xiàn)象。他的理論就好像用混亂墻的概念取代了防火墻的概念,但其實這兩者可能就是同一種物質。”英國約克大學的Samuel Braunstein 之前也積極的參與了關于防火墻悖論的辯論之中,他對霍金的觀點也不信服:“我真的沒有看到任何證據可以證明他所談論的東西里面并不包含防火墻的概念。”
假如霍金是正確的呢?
如果黑洞真如霍金所描述的那樣,那將會在量子力學和廣義相對論中得到更好的解釋。Braunstein 說道:“我們可能會學到一些關于整個宇宙的簡單結構真正有意義的新的物理學知識。”但他同時也指出,我們也很可能沒有辦法學到,因為霍金可能是錯的。
霍金介意自己的理論是錯誤的嗎?
每個人都討厭犯錯誤,而霍金也不例外。在霍金70歲生日的時候,他接受《新科學家》采訪時表示:信息被黑洞所摧毀,這一觀點后來被證明是錯誤的,這被看作是他一生中“最大的錯誤”—至少在科學研究方面是的。