一场关于黑洞科学的赌局:霍金会胜出吗

作者:奇闻网 目录:科学探索  时间:2020-07-10 

     黑洞是现代广义相对论中,宇宙空间内存在的一种密度无限大,体积无限小的天体,所有的物理定理遇到黑洞都会失效。任何物质和辐射在进入到黑洞的一个事件视界内,便在无法逃脱,甚至目前光速也没有用。

  2012年3月,约瑟夫·波尔金斯基(Joseph Polchinski)开始琢磨一种自杀的过程——当然是从数学的角度去考虑。波尔金斯基是美国加利福尼亚大学圣巴巴拉分校科维里理论物理研究所的弦论物理学家,他正在思考,如果一个宇航员掉入黑洞会发生什么。显然,他会死,可是死于何因呢?

  按照以前的解释,起初他不会有任何特别的感觉,甚至在他下落,并穿过任何事物都无法逃脱的无形疆界——黑洞的事件视界 (event horizon)时也是如此。但随后,在几小时、几天,甚至几周(只要黑洞足够大)后,他会感到脚部受到的引力比头部的大。他继续坠落,被无情地带向黑洞深处,巨大引力差把他的身体撕成了碎片。最终,他的遗骸将落到密度无穷大的黑洞核心。

  但是波尔金斯基的计算表明,真实的情形不是这样。参与计算的还有他的两名学生艾哈迈德·阿尔姆海里(Ahmed Almheiri)和詹姆斯·萨利(James Sully),以及他的同行、加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的弦论物理学家唐纳德·马罗尔夫(Donald Marolf)。在他们的结果中,量子效应会把黑洞的事件视界变成一个由炙热粒子流形成的漩涡PLV。任何落进黑洞视界的人都会遇到一堵火墙,立刻被烧成焦土。

  2012年7月,他们将这一结果发表,惊了物理学界。因为这违背了爱因斯坦早在一个世纪前提出的、作为广义相对论基础的基本物理原理——等效原理(equivalence principle)。等效原理认为,在引力作用下,下落的观测者看到的现象,和飘在什么都没有的空间中的观测者看到的现象完全一样,即使是在黑洞内部这样的强引力场也是如此。没有这一基本原理,爱因斯坦的理论框架就会坍塌q.i.-.w.e.n.c.o.m。

  波尔金斯基和合作者深知这一结果意味着什么,于是他们给出另一个可能的结果,即火墙无法形成。但是,这个方案同样需要付出“高昂的代价”,即物理学家必须抛弃物理学的另一个重要支柱——量子力学。可是,量子力学在描述亚原子粒子相互作用的理论中占绝对的统治地位。

  波尔金斯基的这个结果引发了一系列关于火墙的讨论和大量相关研究论文。所有的论文都使尽浑身解数,力图摆脱上述僵局,但没有一篇能够令所有人满意。加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的一名量子物理学家斯蒂夫·吉丁斯(Steve Giddings)认为,当前“需要革命性的理论来解决物理学基础面临的危机”。

  受这个问题的困扰,黑洞方面的专家于2013年4月在瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心(CERN)聚集一堂,以期面对面地解决这个问题。他们希望找到通往“量子引力”的统一理论。这个统一理论能够将自然界中的所有基本力统一起来,是物理学家几十年一直梦寐以求的理论。

  加利福尼亚大学伯克利分校的弦论物理学家拉斐尔·布索(Raphael Bousso)在此次大会的报告中这样开场:火墙的观点“动摇了大多数人相信的黑洞理论基础。它从根本上指出,量子力学和广义相对论的矛盾,却没有为我们指出下一步该往哪个方向走”。

推荐阅读:伟大的宇宙最终会毁灭 那我们存在的意义是?

  霍金的赌局

本文地址:https://www.qiwen.tv/news/3396.html
本文标题:一场关于黑洞科学的赌局:霍金会胜出吗
版权声明:本文为原创文章,版权归 奇闻网 所有,欢迎分享本文,转载请保留出处!