霍金說：“黑洞不存在”

白瓦

斯蒂芬·霍金是當代最著名的理論物理學家，雖然他癱瘓在輪椅上，但是他對黑洞和宇宙學的研究做出了很多重要的貢獻，而且他的科普著作《時間簡史》享譽全球。霍金經常“語出驚人”，比如他曾說過，嘗試與外星人交流是非常危險的，因為外星人對待人類的態度，很有可能會像當初歐洲人對待美洲原住居民一樣殘酷。

2014年1月，霍金再次“語出驚人”，他宣稱“黑洞不存在”。霍金就是靠研究黑洞而在學術界出名的，這么一說不是打自己臉嗎？

霍金宣稱“黑洞不存在”這句話是來自他的最新論文。其實，霍金并不是說黑洞真的不存在。事實上，天文學家經過幾十年的觀測，找到了很多有利的證據證明黑洞的確存在。那么霍金想說的究竟是什么意思呢？

原來霍金的論文想解決關于黑洞的兩個悖論。這兩個悖論的根源在于廣義相對論和量子力學之間有著內在的沖突，所以這倆悖論很棘手，令許多物理學家頭疼。要想了解霍金所說的話的真正含義，我們得先了解黑洞的兩個悖論。

黑洞會“毀尸滅跡”？

首先，我們先介紹一下什么是黑洞。黑洞是愛因斯坦廣義相對論的最著名的預測之一。在愛因斯坦描述的彎曲的時空里，有一種天體，它的引力會如此之強，氣體、塵埃、恒星、行星和星系，甚至包括光一旦掉進它的邊界里，這些物質就永遠無法從中越過邊界逃逸出去了，這種可怕的天體就是黑洞。其中，物理學家把黑洞那有去無回的邊界稱為“事件視界”。所以說，黑洞是名副其實的“黑洞”，它會吞噬一切并且不再吐出來。

另外，根據20世紀中期建立起來的量子力學，許多物理學家相信，那些掉進黑洞的物質所攜帶的信息不會被毀滅，應該在某些地方得以保留。例如，一個黑洞可以把一本書吞噬掉，并把書分解為各種粒子。但是只要這些粒子還存在，那么理論上還可以使用這些粒子重新組建成原來的那本書，盡管其難度巨大。也就是說任何事物——包括黑洞——都休想毀尸滅跡。

然而，在20世紀70年代霍金對黑洞的研究成果，改變了過去的觀念。他指出的是，黑洞會向外輻射并損失質量，最終會蒸發得一干二凈。廣義相對論認為黑洞的所有性質，包括輻射出來的粒子，都與掉進它內部的物質無關，所以說輻射不攜帶任何與它內部物質有關的信息。當黑洞蒸發殆盡之后，黑洞里的任何信息也就永遠消失了。黑洞可以把吃進去的東西毀尸滅跡，而這卻與量子力學描述的“信息不會被毀滅”的觀點相矛盾。這個問題被稱為黑洞的“信息悖論”。

這個悖論還沒得到解決，另一關于黑洞的悖論又出現了。這個新的悖論是在2012年發現的，叫做“火墻悖論”。按照量子力學理論，如果黑洞輻射攜帶信息的話，物理學家認為，黑洞的事件邊界會形成一個劇烈的高能量區域，或者可以稱之為黑洞的“防火墻”。如果一名宇航員掉進黑洞的話，那么他會直接撞到“防火墻”上，燒成灰燼。

這個就產生了問題，黑洞“防火墻”的存在很符合量子力學，但卻與廣義相對論相矛盾。根據廣義相對論，這名宇航員掉進黑洞的過程中，他不會感受到任何異常，因為時空是連續的，事件邊界與周圍沒有任何不同之處，他甚至不會察覺自己何時經過了事件視界，進入了黑洞。

所以，黑洞的存在使得一些科學理論突然變得不合理起來了。雖然現在已經有許多理論聲稱解決了這些悖論，但是沒有一個在物理學界得到了廣泛的認同。

黑洞“名不副實”

“信息悖論”和“火墻悖論”令許多物理學家大為惱火，而霍金最近所寫的論文就是要解決這兩個悖論的。

霍金所要表達的意思是，黑洞不管之前吃了什么東西，最終都會吐出來。霍金認為，把量子效應考慮進去就會發現，黑洞并不存在那個有去無回的事件視界，不過黑洞還會存在一種邊界，霍金把它稱為“表觀視界”。試圖從黑洞中逃逸的光子抵達表觀視界時會停留在這里，等待時機逃跑。

但由于表觀視界并不會始終存在下去，在某種特定的情況下，表觀視界會消失掉，這樣黑洞內部的任何物質都可以以輻射的形式直接從黑洞內部逃逸出來，包括所攜帶的信息都將會被釋放出去。霍金并沒有指明什么情況下表觀視界會消失，也許是我們尚未了解的某些量子引力的相關效應導致的。

這樣一來，量子力學和廣義相對論仍然能保持各自的正確性，而且黑洞的存在也不會產生“信息悖論”和“火墻悖論”。雖然信息并沒有被毀滅，但是由于量子力學的不確定性，被黑洞釋放出的信息可能早已被攪亂得無法辨認了，盡管理論上是可以通過分析釋放出的信息，去了解之前是什么樣的物質掉進了黑洞，但實際上很難再做到這一點。霍金把這種困難程度描述為像超長期的天氣預報一樣難：理論上可行，但實際上很難做到。所以霍金把論文的題目稱為《黑洞的信息保留與天氣預報》。

如果霍金的理論是正確的話，那么任何物體都可以從黑洞中逃逸，所以用“黑洞”描述這種引力巨大的時空區域就不恰當了，因為當初之所以用“黑洞”來命名，就是強調沒有任何東西可以從這個區域內逃逸。所以，霍金在論文中說，“事件視界的缺失意味著黑洞——一種能使光永遠無法逃離其中的事物——其實并不存在。”

那么霍金的這個觀點是正確的嗎？許多人表示霍金很有可能是對的，因為黑洞其實是高度量子化的時空區域，本來這里時空的概念就有一些模糊不清，更別說會有一個嚴格的邊界了。但是，霍金的論文很短，正文只有兩頁，而且沒有任何數學公式，所以你沒有辦法去驗證霍金的觀點是否正確。因此，有些科學家認為，用這種表觀視界替代事件視界的做法去解決悖論的方法，本身就比悖論更加令人困惑。有些科學家認為，霍金的這個方法好像并不能解決“火墻悖論”，因為只要有任何類型的邊界存在，不管它存在多長時間，都不可避免地會在上面形成一道“防火墻”。

不過霍金也表示，要真正解決這些悖論，我們所需要的就是一種能把廣義相對論與量子力學完美結合起來的全新理論。但這個理論目前并不存在，所以對這些悖論的解決還需要很長的路要走。