2.黑洞的存在性質(zhì)疑

1、2、黑洞的存在性質(zhì)疑 “黑洞”理論家們正是把牛頓的“萬(wàn)有引力”絕對(duì)化，只強(qiáng)調(diào)宇宙物質(zhì)相互吸引的一面，避而不談物質(zhì)吸在一起之后的離異與“蒸發(fā)”，只強(qiáng)調(diào)“萬(wàn)有引力”定律的數(shù)學(xué)結(jié)果，而回避“萬(wàn)有引力”造成的物理演化，只看到“萬(wàn)有引力”趨勢(shì)所接近的極限，而不思考接近這一極限時(shí)出現(xiàn)的必然轉(zhuǎn)化。因此，“黑洞”理論不是物理學(xué)說(shuō)，而是片面的數(shù)學(xué)理論，是“萬(wàn)有引力”悖論群中的一種。近幾十年來(lái)，隨著“相對(duì)論”物理學(xué)的走紅，“黑洞”這一傳統(tǒng)“引力佯謬”又繁衍了一些現(xiàn)代版的“引力悖論”。一些“科學(xué)家”相信，支配宇宙運(yùn)動(dòng)的唯一力量是“萬(wàn)有引力”，在前宇宙時(shí)期，這種力曾經(jīng)把整個(gè)宇宙星體吸在了一起，成了一個(gè)超大無(wú)比、獨(dú)一無(wú)

2、二的宇宙體，因?yàn)樗|(zhì)量太大，表面的地塊不斷向中心擠壓，造成了一層層引力坍塌，最后塌縮成了一個(gè)半徑為的宇宙奇點(diǎn)，這個(gè)奇點(diǎn)包含了全部宇宙的熱量、質(zhì)量與能量。億年前，這個(gè)宇宙奇點(diǎn)再也忍受不住宇宙引力的禁錮，以“大爆炸”的形式來(lái)釋放它內(nèi)部的熱量、質(zhì)量與能量，最后就形成了我們現(xiàn)在所居住的宇宙。另一個(gè)版本的解釋是，“萬(wàn)有引力”并沒(méi)在奇點(diǎn)形成后失去作用，而是繼續(xù)吸引收縮，只不過(guò)這時(shí)的引力矢量換向，由原來(lái)的實(shí)數(shù)值變成了虛數(shù)值，宇宙由半徑為的奇點(diǎn)狀態(tài)向半徑為負(fù)值的虛數(shù)狀態(tài)演進(jìn)，這種虛數(shù)宇宙就是“白洞”。有關(guān)黑洞方面的研究，大體有兩類(lèi)問(wèn)題：關(guān)于黑洞是否存在的問(wèn)題。如果黑洞存在，它具有什么性質(zhì)。目前有關(guān)黑洞的研究，

3、大多屬于第二類(lèi)問(wèn)題。即在假設(shè)黑洞存在的前提下，得出許多有關(guān)黑洞的性質(zhì)，然而對(duì)黑洞是否存在這個(gè)問(wèn)題，目前還沒(méi)有一個(gè)明確的回答。顯然，目前黑洞研究存在一個(gè)問(wèn)題：人們?cè)诤诙词欠翊嬖谶@個(gè)問(wèn)題尚未解決之前，就花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力研究黑洞的各種性質(zhì)，例如，量子力學(xué)性質(zhì)或熱力學(xué)性質(zhì)。我們認(rèn)為，黑洞是否存在這個(gè)問(wèn)題，應(yīng)該是黑洞研究中首先解決的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題不解決，即使研究得出黑洞的許多性質(zhì)，一旦最終證明宇宙中根本就不存在黑洞，這些研究都將失去意義。Einstein并不相信黑洞，查普林爭(zhēng)辯道，“不幸的是，他不能清楚地說(shuō)明為什么?！?愛(ài)因斯坦自己就說(shuō)過(guò)：“對(duì)于很大的場(chǎng)密度和物質(zhì)密度，場(chǎng)方程以及這些方程中的場(chǎng)變數(shù)

4、，都不會(huì)有實(shí)在意義這些方程不可擴(kuò)展到這樣的一些區(qū)域中去。” 【1】對(duì)此，霍金也說(shuō)：“廣義相對(duì)論導(dǎo)致了自身的失敗，它預(yù)言它不能預(yù)言宇宙?！?970年，彭羅斯和霍金證明了：如果廣義相對(duì)論正確，那么，時(shí)空一定存在奇點(diǎn)。這里所謂的奇點(diǎn)，就是場(chǎng)密度和物質(zhì)密度趨向無(wú)限大的點(diǎn)，這是廣義相對(duì)論局限性的一個(gè)表現(xiàn)。在廣義的相對(duì)論中，并沒(méi)有一種所謂的“格林尼治時(shí)間”讓其它地方的時(shí)鐘以同樣的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。相反，在不同的地方，重力讓時(shí)鐘以不同的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。但量子力學(xué)主要是描述細(xì)微空間中的物理現(xiàn)象，因而它只有在宇宙通用的時(shí)間的前提下才會(huì)體現(xiàn)其理論價(jià)值，否則就沒(méi)有任何意義。這個(gè)問(wèn)題在“視界(event horizon)

5、”黑洞的邊界尤為顯著。對(duì)于一個(gè)遙遠(yuǎn)的觀察者而言，這里的時(shí)間看似是靜止的。一艘掉入黑洞的飛行器在遙遠(yuǎn)的觀察者看來(lái)，似乎永遠(yuǎn)地陷在了黑洞的邊界；但飛船中的宇航員們卻能感覺(jué)到自己在繼續(xù)下降?！皬V義相對(duì)論預(yù)示，黑洞邊界并沒(méi)有發(fā)生任何變化?！辈槠樟终f(shuō)。然而，早在1975，量子物理學(xué)家們?cè)?jīng)提出爭(zhēng)議：在黑洞邊界確實(shí)會(huì)發(fā)生奇怪的事情：遵守量子法則的物質(zhì)對(duì)輕微干擾變得極為敏感?！斑@一結(jié)果很快地就被忘記，”查普林說(shuō)，“因?yàn)樗c廣義相對(duì)論的預(yù)言不符。但是實(shí)際上，它是完全正確的?！彼J(rèn)為，這種奇怪的活動(dòng)正是時(shí)空“量子相變(quantum phase transition)”的證據(jù)。卓別林認(rèn)為，死

6、亡后的恒星并不會(huì)簡(jiǎn)單地形成一個(gè)黑洞，而是在該時(shí)空內(nèi)部，充斥著暗能量，而且這具有一些有趣的重力的效應(yīng)。查普林稱(chēng)，暗能量星的“表面”外看，它的“行為”與黑洞十分相似，能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的重力牽引。但是內(nèi)部，暗能量的“負(fù)”重力可能會(huì)引起物質(zhì)重新反彈回來(lái)。而且查普林預(yù)言，如果暗能量星足夠的大的話，任何反彈出的電子將會(huì)被轉(zhuǎn)變成為正電子，它將在高能輻射中消滅其它電子。卓別林表示，這種情況可以解釋我們觀察到的銀河系中心輻射現(xiàn)象。而此前對(duì)于這種現(xiàn)象，天文學(xué)家們認(rèn)為是銀河系中存在著一個(gè)巨大黑洞的證據(jù)。查普林還認(rèn)為，宇宙可能充滿著大量“原始”的暗能量星。這類(lèi)星體并不是由恒星死亡而形成，而是由于時(shí)空自身的波動(dòng)起伏所導(dǎo)致的

7、，就像是從冷卻的液態(tài)氣體中自然冒出的氣泡。這些與普通物質(zhì)一樣具有重力效應(yīng)，但是無(wú)法被觀察到，它們就是人們經(jīng)常提到的暗物質(zhì)。1974年，霍金通過(guò)研究黑洞外的量子力學(xué)，發(fā)現(xiàn)黑洞不僅能夠吸收黑洞外的物質(zhì)，而且能以熱輻射的形式向外“吐出”物質(zhì)這一量子力學(xué)現(xiàn)象。由于黑洞在向外蒸發(fā)物質(zhì)的同時(shí)，溫度也隨之升高；黑洞不斷地向外蒸發(fā)物質(zhì)，它的溫度越來(lái)越高，蒸發(fā)越來(lái)越快，最后將以大爆炸的形式向外吐出所有的物質(zhì)而結(jié)束它的生命。黑洞一旦形成就會(huì)“蒸發(fā)”輻射出能量，同時(shí)損失質(zhì)量，稱(chēng)為霍金輻射，亦稱(chēng)黑洞蒸發(fā)?；艚疬@一理論是黑洞研究中的一個(gè)重大進(jìn)展。但與此同時(shí)，霍金在1976年的另一篇論文中對(duì)此的闡述是：黑洞輻射并不含有任

8、何黑洞內(nèi)部的信息，在黑洞損失殆盡之后，所有信息都會(huì)丟失。而根據(jù)量子力學(xué)的定律，信息是不可能被徹底抹掉的。這與霍金的說(shuō)法似乎產(chǎn)生了矛盾，這就是“黑洞信息悖論”；而勞倫斯·M·克羅斯把它稱(chēng)為“怎樣調(diào)和黑洞蒸發(fā)與量子力學(xué)？”另外可能存在帶 electric charge的黑洞，一個(gè)帶 electric charge的黑洞既有electric field 又有引力場(chǎng)，二者都可以?xún)?chǔ)存能量。例如，有人提出在帶電球?qū)ΨQ(chēng)黑洞中的量子不可克隆定理，如Susskind等在討論史瓦西黑洞中提出量子克隆監(jiān)督，即在史瓦希黑洞中，永無(wú)可能探測(cè)到被克隆的量子信息，并進(jìn)一步得出結(jié)論，量子不可克隆定理和黑洞

9、互補(bǔ)原理是兩個(gè)相容的理論；但如果把討論的范圍擴(kuò)大到一般球?qū)ΨQ(chēng)黑洞，在帶電球?qū)ΨQ(chēng)黑洞中量子不可克隆定理和黑洞互補(bǔ)原理也似乎存在著不可調(diào)和的矛盾。黑洞中信息的喪失以及黑洞的體積隨著質(zhì)量的增加，密度逐漸減小。現(xiàn)代物理學(xué)已經(jīng)證明，一個(gè)處在穩(wěn)定狀態(tài)的黑洞只能夠有引力質(zhì)量、電荷和自轉(zhuǎn)角動(dòng)量三個(gè)物理量，最簡(jiǎn)單的一類(lèi)黑洞既沒(méi)有電荷，也沒(méi)有自轉(zhuǎn)，而只有引力質(zhì)量。既然引力質(zhì)量之間同時(shí)存在著引力與斥力，那么自然界中應(yīng)當(dāng)不存在黑洞，而萬(wàn)有引力定律與廣義相對(duì)論都無(wú)法排除黑洞的存在，而天文學(xué)又無(wú)法觀察到黑洞。加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校的布拉德·漢森等人近年來(lái)卻發(fā)現(xiàn)，在距離銀河系巨型黑洞不到0.5光年的星團(tuán)中，卻存

10、在著許多年輕的恒星，它們的年齡都不足1000萬(wàn)年【2】。那么，它們又是如何在巨型黑洞的眼皮底下形成的呢？顯然，這是一個(gè)極為突出的矛盾！因此說(shuō)，現(xiàn)有的關(guān)于黑洞存在證據(jù)的科學(xué)解釋?zhuān)](méi)有自圓其說(shuō)！他們認(rèn)定大于三個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的中子星就會(huì)被引力壓縮為一個(gè)黑洞，如果按天體原子模型，中子星并不是恒星的死尸，而實(shí)際上，中子星內(nèi)部能級(jí)很高，反引力很大，考慮了反引力存在以后，大于三個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的中子星，引力就不可能把這顆中子星壓縮為黑洞了。在黑洞理論中有一個(gè)定理，即黑洞的無(wú)毛(no hair)定理。這個(gè)定理表明，黑洞只有3個(gè)性質(zhì)，即質(zhì)量、電荷和角動(dòng)量，只要這3個(gè)參數(shù)定了，黑洞的全部性質(zhì)也確定了，除此之外黑洞就沒(méi)有任

11、何其他性質(zhì)了。根據(jù)這個(gè)定理，宇宙中只有下面種類(lèi)型的黑洞。 施瓦西黑洞：只有質(zhì)量的最簡(jiǎn)單的黑洞。RN(Reissner-Nordstrom)黑洞：只有質(zhì)量與電荷，而角動(dòng)量為0的黑洞?？藸柡诙矗褐挥匈|(zhì)量與角動(dòng)量，電荷為0的黑洞?？藸?紐曼黑洞：質(zhì)量、電荷和角動(dòng)量均不為0的黑洞。上面這種黑洞中，施瓦西黑洞是最簡(jiǎn)單也是最基本的黑洞，其他的黑洞，如果令電荷和角動(dòng)量為0，均可以簡(jiǎn)化成施瓦西黑洞。換句話說(shuō)，其他幾種黑洞實(shí)際上是在施瓦西黑洞基礎(chǔ)上，再增加電荷和角動(dòng)量等性質(zhì)而形成的。【3】【6】當(dāng)黑洞在其視界半徑(Event Horizon)上因發(fā)射霍金輻射 (Hawking Radiation)而收縮或者因吞

12、噬外界能量-物質(zhì)而膨脹時(shí)，其視界半徑上各種物理量（參數(shù)）的變化，與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和物質(zhì)密度的分布無(wú)關(guān)，而只與黑洞質(zhì)量Mb有關(guān)。從而證明：黑洞的視界半徑最后只能因不停地發(fā)射霍金輻射而收縮成為最小黑洞Mbm = (hC/8G)1/2 =10-5 g = mp，即普朗克粒子時(shí)，就在普朗克領(lǐng)域爆炸消失。因此，黑洞就不可能在其視界內(nèi)部的中心出現(xiàn)“奇點(diǎn)”。如果萬(wàn)有引力定律、大爆炸理論和黑洞理論都是正確的話，那么現(xiàn)在宇宙的總質(zhì)量為定值，宇宙的臨界密度c定義為c=（1）,H0哈勃常數(shù)，G引力常數(shù).現(xiàn)假定宇宙一個(gè)典型的區(qū)域，其體積為V，內(nèi)含質(zhì)量MC，則這個(gè)區(qū)域的平均密度0為0= （2）,再進(jìn)一步假定這個(gè)區(qū)域塌縮成黑

13、洞，則體積V是V=4Rg3 （Rg引力半徑） （3）3將（3）代入（2）得0=3MC （4）4Rg3令0=c，即令（4）=（1），化簡(jiǎn)得：Mc=（5）H02Rg32G Rg可表為Rg=（6）,將（6）代入（5）化簡(jiǎn)得Mc= （7）.取 H0=150公里/（秒·1千萬(wàn)光年）（需化成CGS制）,G=6.67×10-8厘米3·克-1·秒-2,c=3×1010厘米/秒,代入（7）算得MC±1.28×1056（克） （8）,相當(dāng)于6.4×1022，M的質(zhì)量(M2×1033克)。參考文獻(xiàn)：【1】 愛(ài)因斯坦，相對(duì)論的意義，北京，科學(xué)出版社，1961，P84-85?！?】 中國(guó)科技網(wǎng)：銀河系中心可能存在黑洞【3】 R M WaldGeneral RelativityChicago：Chicago University Press，1984【4】 R P KerrGravitational Field of a Spinnin