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未知的宇宙:黑洞真的存在吗

2024-03-25科学

我们之前已经提到过,从史瓦西解诞生以来,科学家们通过对爱因斯坦广义相对论的研究,认为宇宙中存在一种被称为黑洞的特殊天体。当一个质量比太阳大很多倍的大型恒星濒临死亡的时候,就会在自身的引力作用下开始坍缩,并最终形成一个奇点,这个奇点就是我们常说的黑洞。

但是有科研成果表明,这可能只是我们的猜想,而黑洞在事实上或许是不存在的。

其实,很长时间以来,在黑洞理论上都存在一个奇妙的地方,那就是需要将两个相悖的理论融合在一起才能解释它的存在。在爱因斯坦提出的相对论中,预测了黑洞的存在,一切物质和信息进入黑洞就无法逃出,也就是说信息消失在黑洞中。但是根据量子力学理论,宇宙中的一切信息都不会消失。于是将这两种理论结合在一起,就形成了所谓的黑洞悖论,那就是:质量是如何在预测中永远消失在黑洞里的?

在最近的几十年里,科学家们一直在尝试把广义相对论和量子力学这两种基本的物理理论结合在一起,无独有偶,黑洞理论的权威学者史蒂芬 •霍金教授在网上发表的一篇文章中,推翻了自己之前秉持的黑洞理论。他认为,黑洞可能并不存在,而是存在一种「灰洞」,它可以解释之前黑洞理论中的悖论。

在文章中,霍金表示,我们无法发现黑洞的事件视界,这也就意味着我们无法发现黑洞,黑洞因此可能是不存在的。事实上,在物理学的角度看来,光也是无法无限传播的。因此他认为,他之前认为的存在一个光线无法逃逸的视界的理论有 陷。 金表示,如果想要想象光从黑洞中逃 的景象,与其认为光是匆忙逃逸的,不如认为光是因为不断释放辐射而逐渐减少的。 这个问题至少已经困扰了物理学家们长达一个世纪。霍金表示,到目前为止这个问题仍然没有解决。

假设 一个 字航员落 黑洞的事件视界。那么根据传统理,黑洞的事件视界将发生剧烈的能量反应,就像黑洞周围的一道火墙一样,如果宇航员穿过这个事件视界,那么他将会被烧成灰烬。

这时就产生了一个问题。黑洞的火墙理论是遵循量子力学理论产生的,但是这就和广义相对论发生了矛盾。而现在,为了解决这个问题,霍金提出了另一种理论,想要从另一个角度来尝试解释黑洞。在这个理论中,广义相对论和量子理论都是正确的,但是霍金认为,黑洞不存在类似火墻一样的事件视界。因为黑洞的强大引力,它周围的时空将产生剧烈的震荡,因此无法形成稳定的边界。

为了弥补这个理论的不足,霍金创造性地提出了一个新的概念,这就是视边界。这个视边界的定义是光无法逃逸的界面。按照爱因斯坦的理论,如果一个黑洞十分稳定,那么它的事件视界与视边界应该是一致的,因为光线在逃离黑洞时,最终只会到达事件视界,而无法向外部再进一步。但是从理论上来说,这两个边界有可能出现不一致的情况。如果黑洞还在源源不断地向内吸收物质,那么它的事件视界将会向外扩张,导致超出了视边界的范围。

霍金在 20 世纪 70 年代曾经提出了黑洞蒸发的观点。他认为,黑洞会不断释放霍金辐射并损失能量,这会造成黑洞的收缩。在这个理论中,黑洞的事件视界要比视边界的范围还要小。在霍金的最新理论中,认为黑洞的实际边界应该是视边界。在文章中霍金表示,如果我们认为的黑洞连光线都无法逃离的话,那么它就不存在一个事件视界,就意味着黑洞本身也并不存在。

但是视边界与事件视界的不同之处在于,视边界最终将会消失。 但霍 金在发表的文章中并未具体解释视边界最终消失的方式,

霍金的理论如果能够被证明是正确的,那么黑洞中心就可能根本不存在一个奇点。按照这一理论,物质可能只是在视界消失之前被黑洞困在视界后方,并在引力作用下向黑洞的中心坠落,但是不会到达黑洞的核心,所以也不会被碾碎。这些物质的信息仍然被保留,但是会被打乱,最终通过霍金辐射释放到宇宙中时,完全失去了本来的模样,而且永远无法恢复成本来的面目。

事实上,距离霍金发表他的第一篇有关黑洞的论文已经有 40 多年了,但是我们现在仍然在对这个问题进行争论,从这一点来说,他的影响力无疑是十分巨大的。