关于灰色洞和黑洞的问题,霍金提出当大量天体崩塌的时候不足以形成一个黑洞,而会成为一个灰洞,而黑洞被定义为黑色是因为事件视

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    首先,霍金的这篇文章并不是严格意义上的学术论文,而是一场网络学术讨论会上的发言稿(发言对象是美国圣巴巴贝拉市卡弗里理论物理研究所的同行).这个发言没有公式,缺少细节,可以算作一种学术观点,但远不及他年轻时的工作,如“黑洞辐射”,“黑洞相变”有说服力.

    其次,霍金的原话不是“黑洞不存在”,而是“如果事件视界不存在,那么从光无法逃到无穷远的定义来看,黑洞也不存在这句话加上前一段的结尾“那里不存在事件视界和火墙.”( There would be no event horizons

    and no

    firewalls.)原则上确实可以得出“霍金认为黑洞并不存在”.但是,霍金说的“那里”不是指我们的宇宙,而是指一个宇宙学常数小于0的“反德希特时空”.为了解决广义相对论和量子力学在黑洞问题中的严重冲突,一直以来科学家都把焦点集中在“反德希特时空”中的黑洞身上,因为这种条件下的黑洞研究起来相对简单.

    广义相对论和量子力学在黑洞问题上的矛盾最早源于霍金和贝肯斯坦在70年代的研究.广义相对论和量子力学可以比作“盲人物理学家”摸到“大象”身体的两个不同的互补的部分,每一部分都得到了大量实验证据,但合起来考虑却出现了矛盾.这说明真实的“大象”并不是把我们摸到的两个互补部分加起来那么简单.

    黑洞的概念源于广义相对论,不严格地说,就是时空有那么一个区域,任何物体进去之后都永远无法逃出来(术语就是刚才说的,光无法逃到无穷远).这样一个区域的边界,叫做事件视界.也就是说,外面的你永远无法知道里面发生的事儿.考虑量子力学后,霍金发现物质有一定几率从事件视界中逃出来,这就是著名的霍金黑洞辐射.

    新的问题产生了,如果黑洞辐射像霍金最初的计算那样,完全丢失了物质跌入黑洞时携带的信息,那么量子力学一个最基本的特征,“任何事情的所有可能的结果所发生的几率加起来等于一”(术语是幺正性)就被破坏了.设想一个严重毁三观的但不太严格的比喻:你扔了1亿次硬币,发现正面朝上的几率是60%,反面朝上的几率也是60%……

    正义的物理学家怎能容忍这等事情发生?一定是摸象的手法不对!在这个问题上,持不同观点的物理学家与之进行了长期而艰苦的斗争,在这篇文章中,霍金不认同他的同行们对黑洞信息丢失问题给出的解释,他认为那些解释违背了量子力学的另一个特征,CPT守恒(很难给出通俗解释).于是,霍金提出了一个看似掩耳盗铃的方案:既然一切皆因事件视界而起,那么不如没有事件视界.

    假如没有事件视界,落入黑洞的物质还是会陷入混沌,就像无法对地球天气进行远期高精度预报一样,我们还是无法获取这些物质包含的精确信息(

    information will effectively be

    lost),但是量子力学却能保持幺正性和CPT守恒(以上论述的前提是在一个宇宙学常数小于0的“反德希特时空”中).

    既然黑洞的定义是存在事件视界,如果没有事件视界,那岂不是没有黑洞了?严格地说确实如此.不过,这只能说明物体落入那个原本叫做黑洞的暂时逃不出来的区域后,在“永远”之前可以逃出来.也许,一个物体落进去之后,等待1000000000000亿年可以逃出来一半儿.对于宇宙来说,任何有限的时间都不能称为“永远”.但对于我们来说,这么长的时间跟永远几乎没有区别.

    那么,我们应该如何评价霍金的观点呢?

    1.

    霍金说的不一定对.霍金的方案只是众多解决方案中的一种,物理学家布索认为,霍金的方案比之前的“火墙”方案的更匪夷所思,问题更大.

    2.

    霍金的证据目前仅限于宇宙学常数小于0的“反德希特时空”中.我们宇宙的宇宙学常数是大于0的.

    3.

    就算霍金说的全是对的,也适用于我们的宇宙,这也只是改变了黑洞的严格定义,并不能从字面上认为“黑洞不存在”.例如,Nature那篇文章提到了霍金的学生,物理学家佩奇“可以接受霍金的观点,即可以存在一个没有事件视界的黑洞.”也就是说,银河系中心的那个奇怪区域仍然是存在的,仍然会把附近的一切物质吞进去,很长一段时间不会吐出来,只不过不是永远不吐出来,我们仍然可以叫它黑洞,只不过它已不是我们之前所认为的那种样子.

    4.以研究黑洞为生的广大理论物理博士生、博士后、正副教授不会被霍金吓倒,他们会继续坚定不移地研究黑洞问题!