霍金又對了

方玄昌　舒文雯

對于黑洞的最新見解或許使人類對宇宙和物質的認識又往前邁出了一大步

天文愛好者和物理愛好者大約都不會忘記兩年前發生的那個著名故事——2004年7月21日，《時間簡史》的作者、英國劍橋大學富有傳奇色彩的理論物理學家史蒂芬·霍金，向全世界宣布，他推翻了自己原先的黑洞理論，新的理論認為因果律在黑洞中依然有效，并非如自己30年來所堅持的那樣，所有物質在進入黑洞之后就把自己所攜帶的信息全部丟失了。

現在，或許我們該為霍金感到慶幸：科學家新的觀測結果很可能意味著，現有的黑洞理論需要修改，而修改的結果更可能偏向于霍金兩年前給出的新理論。

磁場挑戰黑洞理論

依然還是北半球處于盛暑的7月底。來自美國馬薩諸塞州的哈佛-史密森天體物理學研究中心的科學家們宣布，他們通過觀測距離銀河系90億光年之外的一個類星體（編號為Q0957+561）發現，該類星體擁有強大的磁場，這與科學界普遍認同的黑洞基本理論很不相符——原先的黑洞理論認為，黑洞是沒有磁場的。

這是多年來科學家首次依據天文觀測結果對黑洞理論提出疑問。黑洞理論最早于1784年由一名英國地質學家提出，但直到80年前愛因斯坦建立起廣義相對論之后，黑洞這一概念才正式列入現代科學的理論框架。而近一二十年來，借助于哈勃太空望遠鏡等觀測工具，天文學家確實觀測到了它存在的跡象（由于黑洞吸引力太大，以至于光線也不能逃逸，科學家的觀測只能是間接的），尤其是星系和類星體中心的大黑洞。

而哈佛-史密森天體物理學研究中心的科學家們動用14部天文望遠鏡，對類星體Q0957+561進行前所未有的全面觀察，通過分析其光譜，深入探測了其內部結構。他們發現，該類星體的中央有一圈碟形物質（類同于先前在黑洞周圍已經觀察到的吸積盤），寬度相當于地球與太陽距離的4000倍。他們相信，那個碟形物是由一個強力磁場噴發出大量物質形成的，其中有許多等離子形成的奇特圓球體。如果按照原先理論所描述的，該類星體的中央根本就不是一個黑洞，而應該被稱為是一個“磁場急劇收縮體”(MECO)。

黑洞并非奇點？

一些科學家根據新的觀察結果認為，黑洞理論需要修正。而全球更多的大眾、科普類媒體則干脆把科學家的觀點描述為：宇宙間根本不存在黑洞。

“事實的真相就是我們仍然在研究黑洞。”哈佛-史密森天體物理學研究中心的公共事務主管大衛·阿圭拉告訴本刊記者，“我們中的一些科學家認為，已經有一些跡象表明黑洞的存在，而另外一些科學家仍然在尋找其他證據。而我不敢確定。人們把黑洞的存在當作理所當然的事情，但因為我們至今無法靠近一個實例，我只能說科學家們仍然在研究黑洞這種現象，其中很多人認為，我們一直所尋求的這種解釋是完全正確的。”

部分研究者認為應該對黑洞進行全新的解釋：當某個天體變得足夠密實和熾熱時，其中的亞原子微粒就開始被破壞，這會導致大量的輻射產生。而引發這一事件的外部壓力也開始停止作用，這樣該天體就變成了一顆熾熱的、類似等離子體的火球，而不會坍縮成原先黑洞理論描繪的那種狀態。

這樣的解釋，實際上已經與原先的黑洞理論相差甚遠。“在傳統理論中，黑洞，也即所謂的奇點，是沒有時間和空間存在的封閉狀態。奇點沒有體積，沒有固定的位置。在新理論中，黑洞由不同類型的粒子組成，它是可以被測量的，而并不是像通常所認為的，黑洞是無法測量的奇點。”大衛·阿圭拉說。

而中國國家天文臺的李競研究員則認為，新的觀測結果如果最終被確定，也僅僅只能證明，宇宙間存在周圍有磁層的黑洞，并不能說明所有其他黑洞都會這樣。“人們已經成功觀測到的星系中心大黑洞，其性質的描述未必能因此被徹底改變。”

霍金該笑了

歐洲和美國的一些科普讀物在報道這一發現時使用了“超越愛因斯坦”這樣的標題。實際上，黑洞盡管是廣義相對論的一個著名的預言，但修正黑洞理論已經不是第一次了。最著名的，莫過于“霍金輻射”——更早的黑洞理論中，物質在黑洞面前是“只進不出”的，而霍金用純理論方法推導出，黑洞是有輻射的，即他在《時間簡史》中所謂的“黑洞不黑”。

新的發現看來也還不至于對相對論構成什么威脅。“新理論與廣義相對論的時空觀會有不同，但是也沒有什么不妥。”阿圭拉說，“因為愛因斯坦的相對論留下了很多需要后人去證明的地方，這也是全世界許多國家包括中國科學家們一直在努力進行研究和探索的方面。為了不斷完善愛因斯坦的理論，需要這個正在進行中的長遠過程。”

而霍金現在一定會竊喜自己兩年前的明智舉動。“如果黑洞周圍還存在磁場，那么，掉落黑洞的物質把含有的信息遺留在磁場中是有可能的，”李競研究員說，如果真的這樣，這就證明“信息守恒定律”在黑洞里沒有失效——這是霍金兩年前才否定自我而確定的理論。

結果有待檢驗

“史密森天體物理學研究中心的權威性是沒有什么問題的，”李競說，“何況，這樣的結果公布后，全球其他觀測天文學家馬上可以對它進行驗證，他們應該在比較有把握的情況下才敢公開自己的結論。”

但還是有人對這次觀察的結果提出質疑。來自美國馬里蘭大學的天體物理學家克里斯·雷諾茲就是其中之一。他認為，研究者觀測類星體中心黑洞時，中心的碟狀物周圍很可能有大量熾熱的氣體，而他們采用重力透鏡技術(當觀察者和被觀察天體之間存在其它大型天體時，被觀察天體發出的光由于受其它大型天體引力作用的影響而發生扭曲，這時觀察者看到的被觀察天體形狀將被放大)幾乎不可能看到這些氣體——而類星體中心的磁場興許就來源于這些氣體或者是它們的復雜運動。

但研究者對自己的這項成果依然有信心。“驗證黑洞理論是科學家們一直以來努力挑戰的方面，我們現在所做的便是漫長過程中的一部分。”阿圭拉告訴本刊記者，“其他科學家會對這些理論作出檢驗，我們現在正在等待其他科學家對其進行確認和肯定，或者是推翻它。這便是科學研究的過程。”