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短答案:霍金不是真的说黑洞不存在,而是event horizon事件视界不存在。其实就是说霍金认为现今科学界对黑洞的传统理解有误,给出了更新的理论来定义黑洞。
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首先,霍金的这篇论文还没经过同行评审过程(peer review process),是几天前才提交的。而且论文说的是他的想法和初步的假说,就两页正文而已,没有数学上的推理。不过大牛就是大牛,两页正文就轰动全球了。我就不评论对或错了,就给大家解释一下到底是怎么一回事情。
1. 传统对黑洞的理解和一直没能解决的问题
先简单说一下。这几十年来,我们认为黑洞有event horizon事件视界。这个区域就好像河流瀑布一样,如果你的船还没到瀑布,你有可能逃离。可是如果你过了某个点,进了瀑布掉了下去,就无法逃离了。过了事件视界的边缘,连光都逃不走。
不过学界一直有一个很大的问题:black hole information paradox 黑洞信息悖论。这是相对论和量子物理造成的悖论。就是物理信息进入黑洞就消失了,也就是破坏了unitarity(可以理解为信息统一性。)
在正常空间里,物理信息不会也不能消失。所以黑洞的这个信息消失概念违反了正常物理定律。所以黑洞研究应该说才刚开始,原本就需要重新定义。
2. 重新定义黑洞的理论学术界有很多
学术界其实年年都有提出不同重新定义黑洞的理论。各种各样的理论多得我数都数不过来。有些理论解决了信息流逝的问题,不过同时又带出了新的物理问题。而有些理论虽然无法解决信息统一性的问题,不过至少试着解释为何可以让信息流逝。
霍金的这篇论文其实就是答复去年玄理论界里很有名的Polchinski和同事们提出的一个新理论:事件视界火墙论。http://arxiv.org/abs/1207.3123
这个理论去年其实在学术界满有名的,解决了信息消失的问题。说:在事件视界边缘里,有个火墙(firewall)。任何要进入黑洞的物质或能量会在事件视界被这个火墙烧毁。而这个火墙是由量子关联从黑洞伸出来的能量。因此,信息并没有真的消失在无限密的黑洞里。
3. 霍金的新定义
我个人觉得霍金真不愧是大牛,论文超有气派的。两句话带过就否认Polchinski的理论。还直接把事件视界给否认了,让Polchinski建立在事件视界上的火墙理论连立足之地都没有了。当然,谁对谁错,还是其它的理论或许才是对的,那还真不好说。不过下一代研究黑洞的物理学家们的饭碗是绝对可以保证的。
霍金在这篇论文中提出,event horizon事件视界不存在,不过有apparent horizon表面上像似事件视界存在某段时间(当然是天文数字的某段时间)。
简单的来说,看上去好像质量和能量(物理信息)一去不返的进入了黑洞,通过了不可返回的事件视界,进入了一个无限密度的点。其实,只不过我们看上去是这样而已。物理信息没有消失,黑洞也不是无限密的,虽然的确非常非常密。黑洞也应该重新被定义为一个亚稳态的引力场。因此,unitarity理论上不需要被破坏,不过因黑洞诞生的混乱chaos,难已达到deterministic确定性,而导致物理信息实际上还是有消失的。
再说回瀑布的比喻,这里的新定义也就是说,小船掉下瀑布后,还是可能回来的,只是什么时候回来,回来时候是什么样的,我们不知道。只是在我们三维空间和对时间线性的理解里,看上去船掉下瀑布,像是回不来了,而就算船回来了,那面目全非的样子我们也不认识。
霍金举的例子就是,物理定律上来说,气象学家们没道理不能百分百准确预计天气,不过因为非常多变量的混乱状态,无法实际预测,所以实际上信息还是有流逝。这里我要说一下,振动学里有chaos theory混沌理论,混沌是可以有确定性的。所以霍金的新理论的确可以解决黑洞信息流逝的悖论。
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还有:霍金没有说什么”灰洞“。不知道哪位媒体异想天开想出来的词。不过我个人认为蛮有意思的。但是霍金新的定义中的黑洞,对观看者或要掉入黑洞者来说,跟传统理解并没什么改变。靠近黑洞,时间照样会慢,黑洞的引力照样会把你变成拉面。
