為物理界焦點(diǎn)之爭(zhēng)“黑洞火墻悖論”提供第三種解釋

現(xiàn)代黑洞理論創(chuàng)造者之一、英國(guó)著名科學(xué)家斯蒂芬·霍金日前以其黑洞的新觀點(diǎn)再次震驚了物理學(xué)界。據(jù)英國(guó)《自然》雜志、《每日郵報(bào)》、《新科學(xué)家》等在線版1月25日（北京時(shí)間）的消息稱，霍金在一篇沒(méi)有計(jì)算、僅僅兩頁(yè)的論文中，摒棄了事件視界的說(shuō)法，由此指出原有黑洞的概念其實(shí)是不存在的，取而代之的應(yīng)是“灰洞”。其為當(dāng)今理論物理學(xué)界的焦點(diǎn)之爭(zhēng)提供了一個(gè)“簡(jiǎn)明而誘人”的新觀點(diǎn)。

《自然》網(wǎng)站不無(wú)詼諧地表示，多數(shù)的物理學(xué)家如果在自己的職業(yè)生涯發(fā)表出一篇“宇宙本沒(méi)有黑洞”這樣“有勇無(wú)謀”的論文，可能要面臨解雇，但當(dāng)這一觀點(diǎn)來(lái)自斯蒂芬·霍金的時(shí)候，人們卻不得不重視。

在這篇題目古怪的《黑洞的信息保存與氣象預(yù)報(bào)》一文中，霍金用一個(gè)表觀視界（apparent horizon）將事件視界（event horizon）取而代之。事件視界是經(jīng)典理論中黑洞的最外層邊界，一般認(rèn)為在此邊界以內(nèi)就連光也無(wú)法逃逸。但霍金認(rèn)為，此前對(duì)視界的認(rèn)識(shí)是有缺陷的，光其實(shí)可以逃逸這一層。而從某種意義上來(lái)說(shuō)，缺乏了事件視界，就意味著沒(méi)有黑洞。在新的“灰洞”論中他認(rèn)為，物質(zhì)和能量在被“灰洞”困住一段時(shí)間以后，又會(huì)被重新釋放到宇宙中。

“在經(jīng)典黑洞理論中，沒(méi)有什么能從黑洞中逃逸?！被艚饘?duì)《自然》雜志解釋，“而量子力學(xué)理論表明，能量和信息可以從中逃離出來(lái)?！钡撨^(guò)程欠缺一個(gè)完整說(shuō)明，需要有個(gè)新理論能成功地融合重力與自然界其他基本力。這正是物理學(xué)家們奮力追逐的目標(biāo)，“而正解，仍在迷霧中”。

霍金的新作正是為了解決“黑洞火墻悖論”而生。該悖論基于一個(gè)不幸的猜想：如果宇航員掉進(jìn)黑洞會(huì)怎樣？扯成碎片，還是被燒焦？問(wèn)題看似無(wú)聊，但卻毫不客氣地把量子力學(xué)擺在了廣義相對(duì)論的敵對(duì)面——因?yàn)榘凑赵?jīng)公認(rèn)的理論，宇航員最終會(huì)在黑洞的“奇點(diǎn)”被粉碎，落入黑洞無(wú)限致密核心；而按照量子效應(yīng)，“事件視界”則會(huì)變成一個(gè)高能區(qū)域，就像面“火墻”，任何東西一觸即焦。

在黑洞問(wèn)題上，霍金早在上世紀(jì)70年代就已證明：“黑洞也不是這么黑”（語(yǔ)自《時(shí)間簡(jiǎn)史》），相反它們會(huì)輻射出能量，就是著名的“霍金輻射”。但是，該理論提到的輻射并沒(méi)有涵蓋黑洞內(nèi)部物質(zhì)的信息，一旦這個(gè)黑洞萎縮并死亡后，其中的所有信息也會(huì)隨之消失。

該說(shuō)法明顯與量子力學(xué)產(chǎn)生矛盾。經(jīng)過(guò)三十幾年的逐步修正，霍金現(xiàn)在終于找到了一個(gè)更具有說(shuō)服力的版本，也為“黑洞火墻悖論”提供了新的選項(xiàng)——廣義相對(duì)論和量子力學(xué)都安然無(wú)恙，黑洞卻沒(méi)有視界能夠“著火”了。換句話說(shuō)，既然現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱都是正確的，那二者爭(zhēng)議的焦點(diǎn)黑洞，就要放棄自己的決定性特征了。因此黑洞（或名灰洞）只是暫時(shí)關(guān)押住物質(zhì)和能量，最終會(huì)以“亂碼”的形式釋放出其中包含的信息，這些信息在逃離后已面目全非，無(wú)法還原。

盡管有人大力支持這種新觀點(diǎn)，但也有科學(xué)家對(duì)黑洞沒(méi)有視界的說(shuō)法表示懷疑；而在2012年，歐南天文臺(tái)等機(jī)構(gòu)也曾對(duì)類星體核心區(qū)域進(jìn)行了高分辨率拍攝，在圖像中發(fā)現(xiàn)的陰影區(qū)，當(dāng)時(shí)判斷為首次觀測(cè)到的黑洞視界的直接證據(jù)。

霍金的論文于當(dāng)?shù)貢r(shí)間1月22日發(fā)表在論文預(yù)印本網(wǎng)站arXiv上，PDF格式供下載查閱。其尚未經(jīng)同行評(píng)議，內(nèi)容基于霍金去年8月所作的一個(gè)演講。記者張夢(mèng)然