一个决定爱因斯坦对与错的问题—如果宇航员掉入黑洞

点赞:25485 浏览:111304 近期更新时间:2024-01-27 作者:网友分享原创网站原创

落入黑洞的宇航员会怎样,是被巨大的压力压碎,还是被烤成焦土?

从2012年3月起,美国弦论物理学家约瑟夫·波尔金斯基(Joseph Polchinski)就开始琢磨(当然是从数学的角度去考虑)一种的过程:如果一个宇航员掉入黑洞会发生什么.显然,他会死,可是死于什么原因呢?

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.

波尔金斯基及其团队的计算表明: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.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,震惊了物理学界.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.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.

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.

因此,他们把论文放到了arXiv网站上,让物理学家们做一个选择:要么接受火墙存在,广义相对论不成立;要么承认黑洞可以丢失信息,量子力学有误.

这篇论文在物理学界可以说是“一石激起千层浪”.“它竟然宣称,放弃广义相对论的等效原理是最好的选择,这简直让人无法接受.”美国马里兰大学帕克分校的量子物理学家特德· 雅各布松(Ted Jacobson)说.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)持类似意见,并补充说,“火墙不可能存在,就像你站在空旷的野外,砖头墙不会突然凭空出现,把你的脸撞扁”.如果爱因斯坦的理论在黑洞视界处不适用,宇宙学家就必须考察它的普适性.

波尔金斯基承认,他可能犯了什么低级错误.因此他求助斯坦福大学的弦论物理学家伦纳德·萨斯金德(Leonard Susskind)—全息理论的创始人之一,帮他找出错误.“我的第一反应是,他们的结果可能是错误的.”萨斯金德说.但在深思熟虑之后,他放到网上的文章是这样写的:“我的第二个反应是他们是正确的,第三个反应是他们到底还是错了,第四个反应是他们仍然正确,这给我招来一个绰号—‘溜溜球’,但我的反应恰恰是大多数物理学家的反应.”

从那时开始,四十多篇文章已经放到arXiv上,但迄今为止,还没有一个人发现波尔金斯基小组有逻辑上的瑕疵.“这真是一个非常漂亮的工作,它指出我们对黑洞的理解有无法自圆其说的地方.”加拿大艾伯塔大学的唐·佩奇(Don Page)说.佩奇20世纪70年代曾与霍金有过合作.

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到目前为止,科学家达成的唯一共识就是—这个问题不会很快得到解决.

有科学家认为,整个黑洞视界就是一个火圈.

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