黑洞真的不存在吗?如何理解霍金对“灰洞”的新描述?

Nature上发表了新文章:Stephen Hawking: 'There are no black holes'

霍金老爷子表示“There is no escape from a black hole in classical theory, but quantum theory enables energy and information to escape.”,认为信息不会像之前的理论一样被完全被黑洞吃掉,黑洞不够黑,在蒸发的时候依然会有信息可以从中逃逸什么的。

感觉没怎么看懂,有哪位大牛可以用稍微通俗一些的语言或者例子描述一下吗?拜谢!

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7个答案
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Sheldon理论物理博士,科学松鼠会成员

2014-01-26 21:32

Don't Panic!

(请允许我先引用XKCD的一个“遥遥领先的预言”)

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。”(The absence of event horizons mean that there are no black holes - in the sense of regimes from which light can’t escape to infinity.)

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,参见《黑洞出来混,迟早要还的》和《撞上黑洞=撞上火墙?》。

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!

所以,Don't Panic!

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Steed专业级业余天文爱好者

2014-01-26 11:26

主题站有一篇文章讲过这个,如果黑洞不允许信息跑出来,那么黑洞内部就会是一道火墙。具体可以参见:

掉入黑洞=撞上火墙?

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一张SHOUJI买卖人,买人卖人。

2014-01-27 13:45

霍金说的真好,我听来听去都是:黑黑洞挥发会发灰,灰黑洞发挥会发黑。。。

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支持者: Geoion 404_E Aristoteles

“经典理论中,没有什么能逃离黑洞的吸引,但是量子理论允许能量和信息逃逸出去。”
也就是说黑洞不完全是黑的。
霍金根据对黑洞熵的计算,表明黑洞以量子力学的方式发出辐射。
不确定性原理使虚空的空间也充满了虚粒子(量子涨落),他们瞬间产生,又瞬间湮灭。这种量子行为也出现在黑洞事件视界周围的空间区域。霍金发现,黑洞的引力能把虚光子对分离,一个陷入黑洞的深渊,而另一个获得能量和动力飞离黑洞。这样的结果是从黑洞发出一个光子。这样的过程反反复复在黑洞的视界周围发生,从而形成一股不断的辐射流。黑洞发光了
黑洞有熵,也有温度。不过温度小得可怜,这样的低温辐射也很微弱

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支持者: qfzklm Topp

霍金老爷子的意思是不是这样:比如有一个光子向黑洞飞去,它的路径刚好和黑洞的事件视界相切,由于量子涨落,这个光子50%概率被黑洞吸收,50%概率逃离黑洞,如果光子的方向偏向一点黑洞,这个光子被黑洞吸收的概率变大,但依然小于100%,如果这个光子的方向偏离一点黑洞,这个光子逃离黑洞的概率变大,但

仍有概率被黑洞吸收。

所以没有严格的事件视界,即使在黑洞内部仍然有概率逃离黑洞,只是概率非常非常小而已。

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information paradox的解释。。。是不是。。。。有待商榷

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不厌其烦的提出假说,推翻假说,提出新假说。。。。。这就是我们在目的前认知下能做的所有了。
也许我们应该更多寄希望于技术爆炸,一旦造出了飞船有足够的逃逸速度,飞到离我们最近的1000光年外的黑洞,真相就摆在那里了不是吗?

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