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?jiān)谳喴紊?，但是他?duì)黑洞和宇宙學(xué)的研究做出了很多重要的貢獻(xiàn)，而且他的科普著作《時(shí)間簡(jiǎn)史》享譽(yù)全球?；艚鸾?jīng)?！罢Z(yǔ)出驚人”，比如他曾說(shuō)過(guò)，嘗試與外星人交流是非常危險(xiǎn)的，因?yàn)橥庑侨藢?duì)待人類的態(tài)度，很有可能會(huì)像當(dāng)初歐洲人對(duì)待美洲原住居民一樣殘酷。

2014年1月，霍金再次“語(yǔ)出驚人”，他宣稱“黑洞不存在”?；艚鹁褪强垦芯亢诙炊趯W(xué)術(shù)界出名的，這么一說(shuō)不是打自己臉嗎？

霍金宣稱“黑洞不存在”這句話是來(lái)自他的最新論文。其實(shí)，霍金并不是說(shuō)黑洞真的不存在。事實(shí)上，天文學(xué)家經(jīng)過(guò)幾十年的觀測(cè)，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(shuō)的究竟是什么意思呢？

原來(lái)霍金的論文想解決關(guān)于黑洞的兩個(gè)悖論。這兩個(gè)悖論的根源在于廣義相對(duì)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(shuō)的話的真正含義，我們得先了解黑洞的兩個(gè)悖論。

黑洞會(huì)“毀尸滅跡”？

首先，我們先介紹一下什么是黑洞。黑洞是愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的最著名的預(yù)測(cè)之一。在愛(ài)因斯坦描述的彎曲的時(shí)空里，有一種天體，它的引力會(huì)如此之強(qiáng)，氣體、塵埃、恒星、行星和星系，甚至包括光一旦掉進(jìn)它的邊界里，這些物質(zhì)就永遠(yuǎn)無(wú)法從中越過(guò)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(wú)回的邊界稱為“事件視界”。所以說(shuō)，黑洞是名副其實(shí)的“黑洞”，它會(huì)吞噬一切并且不再吐出來(lái)。

另外，根據(jù)20世紀(jì)中期建立起來(lái)的量子力學(xué)，許多物理學(xué)家相信，那些掉進(jìn)黑洞的物質(zhì)所攜帶的信息不會(huì)被毀滅，應(yīng)該在某些地方得以保留。例如，一個(gè)黑洞可以把一本書(shū)吞噬掉，并把書(shū)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(lái)的那本書(shū)，盡管其難度巨大。也就是說(shuō)任何事物——包括黑洞——都休想毀尸滅跡。

然而，在20世紀(jì)70年代霍金對(duì)黑洞的研究成果，改變了過(guò)去的觀念。他指出的是，黑洞會(huì)向外輻射并損失質(zhì)量，最終會(huì)蒸發(fā)得一干二凈。廣義相對(duì)論認(rèn)為黑洞的所有性質(zhì)，包括輻射出來(lái)的粒子，都與掉進(jìn)它內(nèi)部的物質(zhì)無(wú)關(guān)，所以說(shuō)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(yuǎn)消失了。黑洞可以把吃進(jìn)去的東西毀尸滅跡，而這卻與量子力學(xué)描述的“信息不會(huì)被毀滅”的觀點(diǎn)相矛盾。這個(gè)問(wèn)題被稱為黑洞的“信息悖論”。

這個(gè)悖論還沒(méi)得到解決，另一關(guān)于黑洞的悖論又出現(xiàn)了。這個(gè)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(rèn)為，黑洞的事件邊界會(huì)形成一個(gè)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(jìn)黑洞的話，那么他會(huì)直接撞到“防火墻”上，燒成灰燼。

這個(gè)就產(chǎn)生了問(wèn)題，黑洞“防火墻”的存在很符合量子力學(xué)，但卻與廣義相對(duì)論相矛盾。根據(jù)廣義相對(duì)論，這名宇航員掉進(jìn)黑洞的過(guò)程中，他不會(huì)感受到任何異常，因?yàn)闀r(shí)空是連續(xù)的，事件邊界與周圍沒(méi)有任何不同之處，他甚至不會(huì)察覺(jué)自己何時(shí)經(jīng)過(guò)了事件視界，進(jìn)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(lái)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(méi)有一個(gè)在物理學(xué)界得到了廣泛的認(rèn)同。

黑洞“名不副實(shí)”

“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(xiě)的論文就是要解決這兩個(gè)悖論的。

霍金所要表達(dá)的意思是，黑洞不管之前吃了什么東西，最終都會(huì)吐出來(lái)?；艚鹫J(rèn)為，把量子效應(yīng)考慮進(jìn)去就會(huì)發(fā)現(xiàn)，黑洞并不存在那個(gè)有去無(wú)回的事件視界，不過(guò)黑洞還會(huì)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(dá)表觀視界時(shí)會(huì)停留在這里，等待時(shí)機(jī)逃跑。

但由于表觀視界并不會(huì)始終存在下去，在某種特定的情況下，表觀視界會(huì)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(lái)，包括所攜帶的信息都將會(huì)被釋放出去?；艚鸩](méi)有指明什么情況下表觀視界會(huì)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(lái)，量子力學(xué)和廣義相對(duì)論仍然能保持各自的正確性，而且黑洞的存在也不會(huì)產(chǎn)生“信息悖論”和“火墻悖論”。雖然信息并沒(méi)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(wú)法辨認(rèn)了，盡管理論上是可以通過(guò)分析釋放出的信息，去了解之前是什么樣的物質(zhì)掉進(jìn)了黑洞，但實(shí)際上很難再做到這一點(diǎn)?；艚鸢堰@種困難程度描述為像超長(zhǎng)期的天氣預(yù)報(bào)一樣難：理論上可行，但實(shí)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(bào)》。

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(shí)空區(qū)域就不恰當(dāng)了，因?yàn)楫?dāng)初之所以用“黑洞”來(lái)命名，就是強(qiáng)調(diào)沒(méi)有任何東西可以從這個(gè)區(qū)域內(nèi)逃逸。所以，霍金在論文中說(shuō)，“事件視界的缺失意味著黑洞——一種能使光永遠(yuǎn)無(wú)法逃離其中的事物——其實(shí)并不存在。”

那么霍金的這個(gè)觀點(diǎn)是正確的嗎？許多人表示霍金很有可能是對(duì)的，因?yàn)楹诙雌鋵?shí)是高度量子化的時(shí)空區(qū)域，本來(lái)這里時(shí)空的概念就有一些模糊不清，更別說(shuō)會(huì)有一個(gè)嚴(yán)格的邊界了。但是，霍金的論文很短，正文只有兩頁(yè)，而且沒(méi)有任何數(shù)學(xué)公式，所以你沒(méi)有辦法去驗(yàn)證霍金的觀點(diǎn)是否正確。因此，有些科學(xué)家認(rèn)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(rèn)為，霍金的這個(gè)方法好像并不能解決“火墻悖論”，因?yàn)橹灰腥魏晤愋偷倪吔绱嬖?，不管它存在多長(zhǎng)時(shí)間，都不可避免地會(huì)在上面形成一道“防火墻”。

不過(guò)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(duì)論與量子力學(xué)完美結(jié)合起來(lái)的全新理論。但這個(gè)理論目前并不存在，所以對(duì)這些悖論的解決還需要很長(zhǎng)的路要走。