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霍金:黑洞不存在

2014/1/24 — 10:00

"…there are no black holes…" —Stephen Hawking

在前天(2014.1.22,2015 更新見文下「後記」) arXiv 網上發表的一篇論文預印本 [1] 中,霍金聲言黑洞不存在。 因為他是霍金,不能視為瘋子胡言亂言,趕忙重溫荒廢已久的物理,希望看得懂 Nature 編輯的解讀 [2]。

Event Horizon: 黑洞邊緣

廣義相對論描述的宇宙,時空被物質扭曲。星體的物質受自身重力吸引陷落,周邊的時空漸趨彎曲至「重力崩潰」後,就成為黑洞。任何物體跌落黑洞後,將會永遠在彎曲的時空迴轉,「永不超生」,光也逃不出來,故謂之「黑」洞。黑洞邊緣的「陰陽界」稱為「事件視界 (event horizon) 」。

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兩大物理支柱在火牆對決

廣義相對論的誕生還差兩年就滿一世紀,仍有待終極的 theory of everything 實現,才能和量子力學徹底兼容。前年有科學家發現 [3],量子力學原理強制 event horizon 變成高能區堿(火牆),毀滅跌落黑洞的一切物質,但保留了它的訊息。可是,自由跌落中的太空人不應察覺已進入黑洞;若 event horizon 有火牆,必須推翻相對論的基礎「等效原理 (equivalence principle)」。 這個 event horizon 描述中出現的量子力學與廣義相對論的對決,成為霍金等科學家的黑洞研究所引起的最新一幕爭議 [4]。

「放棄」黑洞解兩難

霍金提出的最新理論放棄了 event horizon,令量子力學和相對論相安無事。但放棄 event horizon,嚴格來說,等同放棄經典原義的黑洞。 他認為黑洞邊緣的量子效應令時空猛烈地波動,不能型成清?的界限。取代 event horizon 的是一個沒有火牆的 apparent horizon,光和物質進入黑洞後被它暫時阻隔,最終仍能逃出生天,但將會面目全非。霍金以「天氣預測」來形容物質進入黑洞後,將來出來的狀況完全不能估量。另有物理學家說得更好,比焚書後以灰燼重組更難。 在霍金的最新演譯下,愛因斯坦的廣義相對論所推論的黑洞不再全黑,太空人跌落其中不會遇火劫,將來仍可重出生天,只是「阿媽都唔認得」,同永不超生沒分別。

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後記及 2015 更新 

  1. 2015.8.26: 一年半後,霍金再有新發現。掉進黑洞的光和物質的訊息被 "super-translate" (超譯?),以全息紀錄形式留在 event horizon,最終會回到宇宙,或穿越黑洞到另一個宇宙,但如百科全書撕成碎片,不能還原,「明尼蘇達州的首府是甚麼也不找到」。

    是次金句:"If you feel you are in a black hole, don’t give up. There’s a way out."

    演說報導及錄影:Hawking offers new solution to black hole mystery

  2. 2014: 各科學雜誌有關文章陸續登場,Conversation 網站天文學教授這篇短文 "Grey is the new black hole: is Stephen Hawking right?" 及 Nes Scientist 的 Hawking timeline: A brief history of black holes 都值得追讀。

  1. Hawking, S. W. Information Preservation and Weather Forecasting for Black Holes, Preprint at http://arxiv.org, 22 April 2013.
  2. Stephen Hawking: 'There are no black holes', Nature, 24 April 2013.
  3. Astrophysics: Fire in the hole!, Nature, 05 April 2013.
  4. 詳看維基百科 Black hole information paradox 及;此外,主場新聞曾介紹霍金輸掉賭注一役。

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