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未知的宇宙:黑洞真的存在嗎

2024-03-25科學

我們之前已經提到過,從史瓦西解誕生以來,科學家們透過對愛因斯坦廣義相對論的研究,認為宇宙中存在一種被稱為黑洞的特殊天體。當一個質素比太陽大很多倍的大型恒星瀕臨死亡的時候,就會在自身的重力作用下開始塌縮,並最終形成一個奇異點,這個奇異點就是我們常說的黑洞。

但是有科研成果表明,這可能只是我們的猜想,而黑洞在事實上或許是不存在的。

其實,很長時間以來,在黑洞理論上都存在一個奇妙的地方,那就是需要將兩個相悖的理論融合在一起才能解釋它的存在。在愛因斯坦提出的相對論中,預測了黑洞的存在,一切物質和資訊進入黑洞就無法逃出,也就是說資訊消失在黑洞中。但是根據量子力學理論,宇宙中的一切資訊都不會消失。於是將這兩種理論結合在一起,就形成了所謂的黑洞悖論,那就是:質素是如何在預測中永遠消失在黑洞裏的?

在最近的幾十年裏,科學家們一直在嘗試把廣義相對論和量子力學這兩種基本的物理理論結合在一起,無獨有偶,黑洞理論的權威學者史蒂芬 •霍金教授在網上發表的一篇文章中,推翻了自己之前秉持的黑洞理論。他認為,黑洞可能並不存在,而是存在一種「灰洞」,它可以解釋之前黑洞理論中的悖論。

在文章中,霍金表示,我們無法發現黑洞的事件視界,這也就意味著我們無法發現黑洞,黑洞因此可能是不存在的。事實上,在物理學的角度看來,光也是無法無限傳播的。因此他認為,他之前認為的存在一個光線無法逃逸的視界的理論有 陷。 金表示,如果想要想象光從黑洞中逃 的景象,與其認為光是匆忙逃逸的,不如認為光是因為不斷釋放輻射而逐漸減少的。 這個問題至少已經困擾了物理學家們長達一個世紀。霍金表示,到目前為止這個問題仍然沒有解決。

假設 一個 字航員落 黑洞的事件視界。那麽根據傳統理,黑洞的事件視界將發生劇烈的能量反應,就像黑洞周圍的一道火墻一樣,如果太空人穿過這個事件視界,那麽他將會被燒成灰燼。

這時就產生了一個問題。黑洞的火墻理論是遵循量子力學理論產生的,但是這就和廣義相對論發生了矛盾。而現在,為了解決這個問題,霍金提出了另一種理論,想要從另一個角度來嘗試解釋黑洞。在這個理論中,廣義相對論和量子理論都是正確的,但是霍金認為,黑洞不存在類似火墻一樣的事件視界。因為黑洞的強大重力,它周圍的時空將產生劇烈的震蕩,因此無法形成穩定的邊界。

為了彌補這個理論的不足,霍金創造性地提出了一個新的概念,這就是視邊界。這個視邊界的定義是光無法逃逸的界面。按照愛因斯坦的理論,如果一個黑洞十分穩定,那麽它的事件視界與視邊界應該是一致的,因為光線在逃離黑洞時,最終只會到達事件視界,而無法向外部再進一步。但是從理論上來說,這兩個邊界有可能出現不一致的情況。如果黑洞還在源源不斷地向內吸收物質,那麽它的事件視界將會向外擴張,導致超出了視邊界的範圍。

霍金在 20 世紀 70 年代曾經提出了黑洞蒸發的觀點。他認為,黑洞會不斷釋放霍金輻射並損失能量,這會造成黑洞的收縮。在這個理論中,黑洞的事件視界要比視邊界的範圍還要小。在霍金的最新理論中,認為黑洞的實際邊界應該是視邊界。在文章中霍金表示,如果我們認為的黑洞連光線都無法逃離的話,那麽它就不存在一個事件視界,就意味著黑洞本身也並不存在。

但是視邊界與事件視界的不同之處在於,視邊界最終將會消失。 但霍 金在發表的文章中並未具體解釋視邊界最終消失的方式,

霍金的理論如果能夠被證明是正確的,那麽黑洞中心就可能根本不存在一個奇異點。按照這一理論,物質可能只是在視界消失之前被黑洞困在視界後方,並在重力作用下向黑洞的中心墜落,但是不會到達黑洞的核心,所以也不會被碾碎。這些物質的資訊仍然被保留,但是會被打亂,最終透過霍金輻射釋放到宇宙中時,完全失去了本來的模樣,而且永遠無法恢復成本來的面目。

事實上,距離霍金發表他的第一篇有關黑洞的論文已經有 40 多年了,但是我們現在仍然在對這個問題進行爭論,從這一點來說,他的影響力無疑是十分巨大的。