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到底有没有黑洞 ——三论黑洞火墙与量子纠缠

作者:苗千

2018-02-23·阅读时长5分钟

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( 英国著名物理学家史蒂芬·霍金(摄于2010年) )

曾经有记者采访剑桥大学的理论物理学家史蒂芬·霍金教授:如果有机会,你会问爱因斯坦一个什么问题?霍金想了想回答说:他会问爱因斯坦,为什么不相信黑洞的存在。正是爱因斯坦在1916年发表的通过几何语言来描述引力的广义相对论,开启了现代宇宙学的研究,使一个把整个宇宙当作研究对象的学问成为一门系统的科学。在宇宙学研究中,黑洞研究已经成为一门研究者众多的“显学”,但是倔强的爱因斯坦在生前除了对量子力学始终抱以怀疑态度之外,对于看似是由自己的理论所衍生出的必然产物——黑洞,也同样抱以怀疑的态度,这难免让当今以黑洞为研究对象的宇宙学家们感到有些尴尬。

无论如何,在现代社会,黑洞的存在于物理学界已经是一个公认的事实,而且通过探测,宇宙学家们了解到,正是在一些大星系(比如我们所在的银河系)的中心存在着超大型的黑洞,星系才能够依靠黑洞的巨大质量所产生的引力来维系整个星系的结构。但这种宇宙中最神秘的天体注定不会平静,在两年之前一个关于“黑洞火墙”的悖论的提出,让整个理论物理学界陷入了尴尬的境地,至今仍然没有讨论出结果。

2012年,美国理论物理学家约瑟夫·波尔津斯基(Joseph Polchinski)和其他几位物理学家共同发表论文《黑洞:互补性或是火墙?》(Black Holes:Complementarity or Fire-walls?)。这篇最初没有吸引太大关注的论文引发了“黑洞火墙”悖论:根据量子力学,对于蒸发过半的老年黑洞,在它的视界边缘,必然会存在着一层由高能粒子构成的“火墙”,可以在瞬间烧毁任何进入黑洞的物质,并且破坏它们与黑洞外界所形成的量子纠缠;而对于广义相对论的信仰者来说,火墙的说法再荒谬不过,黑洞的视界只是一个数学上的概念而已,在时空特性上没有任何特殊之处,怎么会存在一层听上去玄而又玄的火墙?悖论出现之后,理论物理学家们纷纷抛出自己的观点,大致可以分为“有火墙派”和“无火墙派”两种论调。

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苗千

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