霍金宇宙新論
「黑洞不存在」

蘋果日報 2014/01/26 00:00


茫茫宇宙中,傳說可吞噬任何物質的「黑洞」(black hole)到底存在嗎?英國當代物理學大師霍金(Stephen Hawking)窮一生研究希望證實黑洞存在,但他日前決定「打倒昨日的我」,發表論文指所謂能吞噬一切的黑洞,根本不存在,震驚物理學界。他淡然接受一生心血或付諸流水的事實,微笑寫道:「我(對黑洞)的看法改變了。」
黑洞一直是天文物理學上最神秘的領域,它由質量龐大的恒星殆盡後,重力塌縮至無限小的「奇點」(singularity)而成。根據科學家愛因斯坦(Albert Einstein)提出的廣義相對論,它的重力場將強得令任何物質、輻射甚至光線都無法逃逸。而物理學界對黑洞存在與否的關鍵爭拗點,一直在於黑洞的邊緣界線──「事件視界」(event horizon)。
由於「奇點」體積無限小,不可能有空間儲存任何物質和資料,而理論上任何數據物質只要墮進「事件視界」內,均會徹底湮滅,從此消失於宇宙中。但這建基於廣義相對論的黑洞「事件視界」概念,卻與量子力學相矛盾。根據量子力學定律,任何轉化過程均可逆轉,因此應有能量或資訊可從黑洞逃逸。
empty
霍金窮一生研究希望證實黑洞存在,但現在看法改變了,竟提出沒有黑洞之說。
根本沒有「事件視界」
兩年前有關爭拗更升溫,美國物理學家波爾欽斯基(Joseph Polchinski)團隊發現,依循量子力學定律,「事件視界」必須為高能量的「火牆」將物質燃燒殆盡才墮進黑洞。但問題又來了,若然「火牆」存在,則違反廣義相對論中的「等效原理」──若然物質以自由落體墮進黑洞,將無法在宇宙找到相應的單位。那麼,「事件視界」應毫不起眼,而不能像火牆耀目。
這黑洞「火牆悖論」(firewall paradox)纏繞物理學界兩年後,霍金上周三終於在網上發表論文,拋出兼容兩個理論的新答案:黑洞周圍根本沒有「事件視界」。他解釋,黑洞周圍的量子效應令時空變化太劇烈,因此分界並不清晰,並大膽提出以「表觀視界」(apparent horizon)為真正的黑洞邊界,取代「事件視界」。
「表觀視界」暫存物質能量
「表觀視界」可將企圖逃逸的物質和能量暫存,然後再將物質釋放,但實際物質如何逃離黑洞的機制仍有待進一步研究。不過,雖然訊息難再收復,但訊息某程度上仍然存在,霍金就將相關過程,形容像天氣預報一樣,理論上可行,但實際上很難準確做到。
但霍金宣稱沒有「事件視界」,對解決黑洞存在與否的問題意義非常重大──既然「吞噬」的物質將重回宇宙,換言之,傳統概念說連光線也無法逃逸的所謂黑洞,實際並不存在。霍金在論文中承認:「沒有了『事件視界』,意味(宇宙)沒有黑洞了。」
《大自然》雜誌網站