事件视界有悖量子理论？ 霍金称黑洞根本不存在

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　　　　　　　　　　　　事件视界是不存在的，因此黑洞也是不存在的，光也不能从中逃逸到无限远的距离。图片来源：SPL

　　对大多数物理学家来说，撰写论文否定黑洞的存在是一件非常鲁莽的事情，至少这与常人的认知不符。但当否定黑洞的声音来自霍金时，大家都会竖起耳朵倾听。在一篇在线发表的论文中，这位英国剑桥大学物理学家、现代黑洞理论的奠基人之一，否定了事件视界这一概念。

　　事件视界概念是广义相对论数学上的直接推导结果，最先由德国天文学家Karl Schwarzschild在一封于1915年年底写给爱因斯坦的信中提出，此时距广义相对论的发表只有不到一个月的时间。事件视界是一处可进不可出的单向膜，它是不可见的，任何物体甚至光都无法逃脱。

　　黑洞不存在

　　取而代之的是，霍金提出了一个新理论，即一个更加“温和”的“视边界”。与事件视界不同，视边界只能暂时“扣押”物质和能量，最终会将它们释放，尽管其形式已发生改变。

　　霍金对《自然》杂志说：“经典理论认为没有任何物质能从黑洞中逃逸，但是量子理论却证明能量和信息是可以从黑洞中逃离的。”物理学家承认，要想彻底解释这一问题必须将引力理论和其他基本的自然界力量结合起来。物理学家已经为此努力了近百年时间，霍金说：“但正确的结合方法仍然不为人所知。”

　　1月22日，霍金将自己的新论文发表在arXiv预印本服务器上。他为这篇尚未经过同行评议的论文起了一个古怪的名字：《黑洞的信息保存与气象预报》。这篇论文的内容基于一场会议的演讲——2013年8月，他曾通过网络电话参与加州大学圣塔芭芭拉分校卡弗里理论物理研究所的一场会议。

　　“火墙”之谜

　　约两年前，卡弗里理论物理研究所理论物理学家Joseph Polchinski和同事提出了著名的“黑洞火墙悖论”，霍金的最新著作就是为了解决这个长期困扰物理学家的难题。

　　“黑洞火墙悖论”提出了一个设想：一位不幸的宇航员在落入黑洞之后会发生什么？长期以来，物理学家一直认为，那位不幸的宇航员在穿过事件视界时根本意识不到他的悲惨命运；他将被黑洞逐步拉入深处，并最终在到达黑洞核心“奇点”时被彻底粉碎。

　　但Polchinski团队在仔细研究这一过程后得出一个惊人的发现：掌控微观粒子运动规律的量子力学定律将彻底推翻物理学家长期以来的假设。根据量子理论，黑洞的事件视界必将被转化为一处充斥着超高能量的区域，即形成一堵“火墙”，宇航员在沉入黑洞之前便会被烧成灰烬。

　　这样的推导结果令人担忧，因为“火墙”尽管遵循了量子理论，却完全违背爱因斯坦的广义相对论。根据广义相对论，自由落体运动中的人必将遵循物理法则，这适用于宇宙的任何地方，无论是落入黑洞之中还是漂浮在空旷的星际空间之内。在爱因斯坦本人的认知中，事件视界不易被发现。

　　超越边界

　　现在，霍金提出了第三条理论，这是一种新尝试。根据这一理论，量子力学和广义相对论仍保持各自的正确性，黑洞则根本不存在形成“火墙”的事件视界。霍金的核心观点是：黑洞周围剧烈的量子效应会使时空发生严重扭曲，根本无法形成所谓的“边界”。

　　霍金用视边界概念来代替事件视界，从黑洞核心逃逸出的光在抵达视边界时，会被暂时“扣押”。对于一个永恒不变的黑洞来说，两种视界在广义相对论中是一样的，因为从黑洞中逃逸出的光最远也只能抵达事件视界并被留在那里，就像在一台跑步机上慢跑一样。但两种视界在原则上是可以区分的，随着黑洞吸入的物体不断增加，事件视界将不断膨胀，最终将超过视边界的范围。

　　相反，在上世纪70年代，霍金曾提出黑洞会“蒸发”的观点，即通过所谓“霍金辐射”的方式散失能量并不断收缩。在这种情况下，理论上来说事件视界的范围将小于视边界的范围。霍金认为视边界才是真正的边界，他在新发表的论文中写道：“事件视界是不存在的，因此黑洞也是不存在的，光也不能从中逃逸到无限远的距离。”

　　加拿大埃德蒙顿市阿尔伯塔大学黑洞专家和物理学家Don Page说：“霍金的新理论很有道理。”他曾于20世纪70年代与霍金开展合作。Don Page说：“你可以认为否定黑洞的存在过于激进，但那里充斥着高能量子，我们甚至根本不知道那里的时空是怎样的，更不要说一定存在事件视界这样的区域了。”

　　尽管Page认可由霍金所提出的黑洞不存在事件视界这一观点，但他怀疑单凭这一单独的论点能否彻底解释“火墙”悖论。他警告道，即便黑洞只存在短暂的视边界，仍会引发与事件视界一样的疑问。

　　与事件视界不同，视边界最终将消散。Page认为，霍金为黑洞研究打开了一扇通往相反方向的大门：任何物质在理论上都能从黑洞中逃离。尽管霍金并没有在自己的论文中详细阐述视边界是如何消散的，Page推测当黑洞因蒸散现象而缩小到一定规模时，在量子力学和重力的双重作用下，视边界的消散似乎是情理之中的事情。就这一点来说，任何沉入黑洞的物体最终都将被黑洞“释放”，尽管其形态将发生变化。

　　如果霍金是正确的，那么黑洞核心之处甚至可能不存在“奇点”。相反，物质在抵达视边界后只会被暂时留住，尽管在重力作用下会沉入黑洞，但永远不会抵达黑洞中心。物质所蕴涵的信息不会被黑洞所摧毁，但在被“霍金辐射”释放出来时将被彻底搅乱。因此，信息将以完全不同的形式呈现，要想通过释放出的信息逆推其沉入黑洞前原本的形式基本上是不可能的事情。

　　Page解释道：“逆推黑洞释放出来的信息，要比将书本焚烧后再用灰烬将书重新恢复更难。”霍金在论文中将逆推信息比作天气预报，理论上这是可能的，但实际上其精确度很难把握。

　　Polchinski却对黑洞不存在事件视界这一论点持怀疑态度，因为霍金所描述的那种由于剧烈震荡而导致事件边界无法存在的情况在宇宙中是极其罕见的。“根据爱因斯坦的引力理论，黑洞的事件视界与宇宙中的其他部分并没有显著的区别；我们从未在附近的星空中发现剧烈的时空震荡现象。归根结底，大规模的时空震荡很罕见。”

　　加州大学伯克利分校理论物理学家Raphael Bousso曾是霍金的学生，他认为霍金最新发表的论文从另一方面证明Polchinski推导出的“火墙”所具有的深远意义。

　　不过，Bousso对霍金的最新见解持谨慎态度：“固守成规，坚持认为没有任何物体能从黑洞中逃离比‘火墙’理论本身更加激进。霍金早在40年前便发表了第一篇关于黑洞和信息的论文，时至今日我们仍在讨论这些问题，这证明了黑洞研究的重要意义。”（段歆涔）

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