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在过去的几天中,媒体大声疾呼这最近的宣言从斯蒂芬·霍克(Stephen Hawking),黑洞(科学和科幻小说的谜团)都不存在。
这样的陈述使社交媒体陷入束缚,评论迅速沦为讽刺的讨论,您永远不要相信科学家所说的话,如他们只是弥补反正。
通常建议,科学与宗教没有什么不同,目前的神职人员正在等待该领域巨人的最新宣言。而且,在现代物理学中,您没有比史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)更多的巨人。但是这个新的声明是什么意思?是否要重写教科书,这会在教科书出版商上露出巨大的微笑?
要回答,我们需要退后一步,看看我们的意思黑洞并弄清楚霍金的问题从哪里开始。
古典黑洞
1915年,爱因斯坦得出了一般相对论,改变了我们对重力。当爱因斯坦在方程式上挣扎时,德国物理学家Karl Schwarzschild能够使用它们来确定质量球形分布之外的重力场。
但是,施瓦茨柴尔德(Schwarzschild)的结论相当令人恐惧,预测物体可能会完全崩溃,大规模崩溃到了一个中心的“奇异性”,周围环绕着引力场,甚至光无法从中逃脱。对于任何黑洞,光逃逸和被困之间的描述是一个明确定义的表面 - 事件范围 - 将我们的宇宙与靠近黑洞附近的奥秘分开。
因此,“古典”黑洞的概念诞生了,纯粹由一般相对论的方程式支配。但是,尽管我们知道一般相对性控制着重力的力量,但20世纪初期,人们看到了对其他基本力量的理解,从而以精美的细节描述了它们量子力学。
量子飞跃
但是问题在于,一般相对论和量子力学并不能一起发挥作用。简而言之,量子力学方程无法描述重力,而一般相对性只能处理重力。
在重力强,量子力学不忽视的情况下,谈论它们,目前我们能做的最好的是将方程式粘在一起。除非我们具有统一的重力理论和其他力量,这是我们能做的最好的。
斯蒂芬·霍金在1970年代初期进行了最著名的尝试之一。他想知道事件视野的量子力学上发生了什么,因为量子力学是一个空的空间是沸腾的大量粒子,弹出和不存在。在地平线上,这个过程将粒子分开,其中一些被吸入了中心奇异性,而他们的伴侣逃到了太空中。
霍金所显示的是,通过杰里·索具的重力和量子力学版本,黑洞泄漏辐射到太空,缓慢地从其引力芯中吸收能量,如果有足够的时间,黑洞完全蒸发到辐射中。当将量子力学扔进混合物中时,“经典黑洞”的概念死了。
茶壶和黑洞
但是,将量子力学包括在重力研究中存在更大的问题,而该问题就是信息。
量子力学强烈关心信息,并担心像茶壶这样的物体的详细组成:那里有多少质子,以及电子,它们在哪里;他们关心这样一个事实,即茶壶是茶壶,一种特定的电子和质子排列,它与其他东西(例如光束或沙发)不同。
当茶壶被扔进一个黑洞时,它被完全摧毁,首先被砸成一百万块,然后被雾化,然后被原子撕成成分部分,然后被吸收到中央奇异性中。
但是,霍金预测从黑洞发出的辐射并不包含任何落入其中的信息;无论您检查辐射的程度如何,您都无法确定它是茶壶,冰箱还是一个叫做Colin的小鬣蜥,可以实现他们的灭亡。
对许多人来说,这似乎是一个琐碎的事情。但实际上,量子力学是信息的研究,追踪宇宙中信息基本位的流量和相互作用。
因此,擦除信息是一件大事,近年来,研究人员研究了各种方式,这些方式被以某种方式保留了黑洞。
推动边界
必须记住的是,我们现在正在推动现代物理的边界,并且由于我们没有一个数学框架,重力和量子力学可以很好地融合在一起,因此我们必须担心如何将这两个部分粘合在一起。
2012年,美国物理学家重新审视了问题约瑟夫·波尔钦斯基(Joseph Polchinski)。他检查了黑洞事件视野附近的霍金辐射的产生,观察了如何分开量子真空生物出生的一对颗粒,一个是不可挽回地进入孔中的,而另一个则飞向自由空间。
波尔钦斯基(Polchinski)有了一点数学骗局,问了一个问题:“如果输入粒子的信息不会丢失到孔中,而是某种程度上刻在逃生的辐射上造就了什么?”
就像原子键的破坏一样,这种信息的重新分配被证明是非常有力的,围绕一个黑洞,带有“防火墙”,顾名思义,通过这些颗粒必须通过。这样的防火墙会将鬣蜥烤成清脆。但至少没有丢失信息。
在提出可能的解决方案的同时,许多人对防火墙存在的后果感到困扰,并且科林会注意到温度的迅速升高,他会知道自己在事件中。这与一般相对性的关键原则之一背道而驰,也就是说,一个无数的观察者应该在不注意到它存在的情况下愉快地浏览事件的视野。
回到霍金
这是霍金的最近的论文进来,表明当您将量子力学进一步搅拌成一般相对论时,真空的沸腾质量会阻止形成清脆,定义明确的事件范围,从而用更短暂的“明显地平线”代替。
这个明显的视野可以完成事件视野的工作,捕获物质和辐射的黑洞内,但是这种捕获只是暂时的,最终将物质和辐射释放出来,并随身携带其存储的信息。
由于黑洞不再需要将信息泄漏回太空,但是现在可以在完全蒸发时将其释放到最后的爆发中,因此无需使用防火墙,并且一个无处不在的观察者将再次无烤乘坐黑洞。
黑洞不再吗?
对于天文学家来说,事件地平线上的基本物理学混乱与这些质量下水道在星系岩心上产生的巨大引力场无关,为宇宙中一些最有能力的过程提供了动力。天体物理黑洞仍然幸福地存在。
霍金所说的是,在包括量子力学的情况下,纯粹由一般相对论的方程(“经典黑洞”的方程式所支配的黑洞的概念不存在,并且事件范围,逃生和无escape之间的边界比我们先前想到的更为复杂。但是,自从他最初在这个问题上工作以来,我们已经对此有40多年的了解。
实际上,头条新闻不应该是“黑洞不存在”但是,“黑洞比我们想象的要复杂,但是直到重力和量子力学试图相处之前,我们才真正知道多么复杂”。
但是最后一个令人烦恼的问题 - 鹰是对吗?我开始了这篇文章,并指出科学经常与宗教相比,从业者等待着高处的声明,这一切都与最新的教条融为一体。
但这不是科学运作的方式,重要的是要记住,虽然霍金显然很聪明 - 引用不朽的塔米·韦内特(Tammy Wynette)站在你的男人身边,“毕竟,他只是一个男人” - 仅仅因为他说的话并没有做到。
霍金提出的解决方案很聪明,但是关于黑洞的真实本质的辩论将继续愤怒。我敢肯定,他们会不断地改变自己的位置,他们的属性将变得越来越奇怪,但这就是科学运作的方式,这就是使它很棒的原因。
Geraint Lewis获得了澳大利亚研究委员会的资金,并且是弧线的未来研究员。