黑洞的存在性质疑

   “黑洞”理论家们正

7.黑洞的存在性质疑.doc

是把牛顿的“万有引力”绝对化，只强调宇宙物质相互吸引的一面，避而不谈物质吸在一起之后的离异与“蒸发”，只强调“万有引力”定律的数学结果，而回避“万有引力”造成的物理演化，只看到“万有引力”趋势所接近的极限，而不思考接近这一极限时出现的必然转化.因此，“黑洞”理论不是物理学说，而是片面的数学理论，是“万有引力”悖论群中的一种.近几十年来，随着“相对论”物理学的走红，“黑洞”这一传统“引力佯谬”又繁衍了一些现代版的“引力悖论”.一些“科学家”相信，支配宇宙运动的唯一力量是“万有引力”，在前宇宙时期，这种力曾经把整个宇宙星体吸在了一起，成了一个超大无比、独一无二的宇宙体，因为它质量太大，表面的地块不断向中心挤压，造成了一层层引力坍塌，最后塌缩成了一个半径为０的宇宙奇点，这个奇点包含了全部宇宙的热量、质量与能量.１５０亿年前，这个宇宙奇点再也忍受不住宇宙引力的禁锢，以“大爆炸”的形式来释放它内部的热量、质量与能量，最后就形成了我们现在所居住的宇宙.另一个版本的解释是，“万有引力”并没在奇点形成后失去作用，而是继续吸引收缩，只不过这时的引力矢量换向，由原来的实数值变成了虚数值，宇宙由半径为０的奇点状态向半径为负值的虚数状态演进，这种虚数宇宙就是“白洞”.

有关黑洞方面的研究，大体有两类问题：①关于黑洞是否存在的问题.②如果黑洞存在，它具有什么性质.目前有关黑洞的研究，大多属于第二类问题.即在假设黑洞存在的前提下，得出许多有关黑洞的性质，然而对黑洞是否存在这个问题，目前还没有一个明确的回答.显然，目前黑洞研究存在一个问题：人们在黑洞是否存在这个问题尚未解决之前，就花费了大量的时间和精力研究黑洞的各种性质，例如，量子力学性质或热力学性质.我们认为，黑洞是否存在这个问题，应该是黑洞研究中首先解决的问题.这个问题不解决，即使研究得出黑洞的许多性质，一旦最终证明宇宙中根本就不存在黑洞，这些研究都将失去意义.

Einstein并不相信黑洞，查普林争辩道，“不幸的是，他不能清楚地说明为什么.” 爱因斯坦自己就说过：“对于很大的场密度和物质密度，场方程以及这些方程中的场变数，都不会有实在意义……这些方程不可扩展到这样的一些区域中去.” 【1】]对此，霍金也说：“广义相对论导致了自身的失败，它预言它不能预言宇宙.”1970年，彭罗斯和霍金证明了：如果广义相对论正确，那么，时空一定存在奇点.这里所谓的奇点，就是场密度和物质密度趋向无限大的点，这是广义相对论局限性的一个表现.

在广义的相对论中，并没有一种所谓的“格林尼治时间”让其它地方的时钟以同样的速度转动.相反，在不同的地方，重力让时钟以不同的速度运转.但量子力学主要是描述细微空间中的物理现象，因而它只有在宇宙通用的时间的前提下才会体现其理论价值，否则就没有任何意义.这个问题在“视界(event horizon)”——黑洞的边界尤为显著.对于一个遥远的观察者而言，这里的时间看似是静止的.一艘掉入黑洞的飞行器在遥远的观察者看来，似乎永远地陷在了黑洞的边界；但飞船中的宇航员们却能感觉到自己在继续下降.“广义相对论预示，黑洞边界并没有发生任何变化.”查普林说.然而，早在1975，量子物理学家们曾经提出争议：在黑洞边界确实会发生奇怪的事情：遵守量子法则的物质对轻微干扰变得极为敏感.“这一结果很快地就被忘记，”查普林说，“因为它与广义相对论的预言不符.但是实际上，它是完全正确的.”他认为，这种奇怪的活动正是时空“量子相变(quantum phase transition)”的证据.卓别林认为，死亡后的恒星并不会简单地形成一个黑洞，而是在该时空内部，充斥着暗能量，而且这具有一些有趣的重力的效应.

查普林称，暗能量星的“表面”外看，它的“行为”与黑洞十分相似，能够产生强大的重力牵引.但是内部，暗能量的“负”重力可能会引起物质重新反弹回来.而且查普林预言，如果暗能量星足够的大的话，任何反弹出的电子将会被转变成为正电子，它将在高能辐射中消灭其它电子.卓别林表示，这种情况可以解释我们观察到的银河系中心辐射现象.而此前对于这种现象，天文学家们认为是银河系中存在着一个巨大黑洞的证据.

　　查普林还认为，宇宙可能充满着大量“原始”的暗能量星.这类星体并不是由恒星死亡而形成，而是由于时空自身的波动起伏所导致的，就像是从冷却的液态气体中自然冒出的气泡.这些与普通物质一样具有重力效应，但是无法被观察到，它们就是人们经常提到的暗物质.

1974年，霍金通过研究黑洞外的量子力学，发现黑洞不仅能够吸收黑洞外的物质，而且能以热辐射的形式向外“吐出”物质这一量子力学现象.由于黑洞在向外蒸发物质的同时，温度也随之升高；黑洞不断地向外蒸发物质，它的温度越来越高，蒸发越来越快，最后将以大爆炸的形式向外吐出所有的物质而结束它的生命.黑洞一旦形成就会“蒸发”辐射出能量，同时损失质量，称为霍金辐射，亦称黑洞蒸发.霍金这一理论是黑洞研究中的一个重大进展.但与此同时，霍金在1976年的另一篇论文中对此的阐述是：黑洞辐射并不含有任何黑洞内部的信息，在黑洞损失殆尽之后，所有信息都会丢失.而根据量子力学的定律，信息是不可能被彻底抹掉的.这与霍金的说法似乎产生了矛盾，这就是“黑洞信息悖论”；而劳伦斯·M·克罗斯把它称为“怎样调和黑洞蒸发与量子力学？”

另外可能存在带 electric  charge的黑洞，一个带 electric  charge的黑洞既有electric   field 又有引力场，二者都可以储存能量.例如，有人提出在带电球对称黑洞中的量子不可克隆定理，如Susskind等在讨论史瓦西黑洞中提出量子克隆监督，即在史瓦希黑洞中，永无可能探测到被克隆的量子信息，并进一步得出结论，量子不可克隆定理和黑洞互补原理是两个相容的理论；但如果把讨论的范围扩大到一般球对称黑洞，在带电球对称黑洞中量子不可克隆定理和黑洞互补原理也似乎存在着不可调和的矛盾.黑洞中信息的丧失以及黑洞的体积随着质量的增加，密度逐渐减小.现代物理学已经证明，一个处在稳定状态的黑洞只能够有引力质量、电荷和自转角动量三个物理量，最简单的一类黑洞既没有电荷，也没有自转，而只有引力质量.既然引力质量之间同时存在着引力与斥力，那么自然界中应当不存在黑洞，而万有引力定律与广义相对论都无法排除黑洞的存在，而天文学又无法观察到黑洞.加利福尼亚大学洛杉矶分校的布拉德·汉森等人近年来却发现，在距离银河系巨型黑洞不到0.5光年的星团中，却存在着许多年轻的恒星，它们的年龄都不足1000万年【2】.那么，它们又是如何在巨型黑洞的眼皮底下形成的呢？——显然，这是一个极为突出的矛盾！因此说，现有的关于黑洞存在证据的科学解释，并没有自圆其说！他们认定大于三个太阳质量的中子星就会被引力压缩为一个黑洞，如果按天体原子模型，中子星并不是恒星的死尸，而实际上，中子星内部能级很高，反引力很大，考虑了反引力存在以后，大于三个太阳质量的中子星，引力就不可能把这颗中子星压缩为黑洞了.

在黑洞理论中有一个定理，即黑洞的无毛(no hair)定理.这个定理表明，黑洞只有3个性质，即质量、电荷和角动量，只要这3个参数定了，黑洞的全部性质也确定了，除此之外黑洞就没有任何其他性质了.根据这个定理，宇宙中只有下面４种类型的黑洞.

①施瓦西黑洞：只有质量的最简单的黑洞.

②RN(Reissner-Nordstrom)黑洞：只有质量与电荷，而角动量为0的黑洞.

③克尔黑洞：只有质量与角动量，电荷为0的黑洞.

④克尔-纽曼黑洞：质量、电荷和角动量均不为0的黑洞.

上面这４种黑洞中，施瓦西黑洞是最简单也是最基本的黑洞，其他的黑洞，如果令电荷和角动量为0，均可以简化成施瓦西黑洞.换句话说，其他几种黑洞实际上是在施瓦西黑洞基础上，再增加电荷和角动量等性质而形成的.【3】——【6】

参考文献：

【1】 爱因斯坦，相对论的意义，北京，科学出版社，1961，P84-85.

【2】 中国科技网：银河系中心可能存在黑洞

【3】 R M Wald．General Relativity．Chicago：Chicago University Press，1984

【4】 R P Kerr．Gravitational Field of a Spinning Mass as an Example of Algebraically Special Metrics．Phys．Rev．Lett，1963(11)

【5】 E T Newman．Metric of a Rotating Charged Mass．J．Math．Phys，1965(6)

【6】 Hans，Stephani．General Relativity．Cambridge：Cambridge University Press，1982

附录：

1、美国当地时间4月2日(北京时间4月3日)消息，美国加州劳伦斯-利弗莫尔(Lawrence Livermore)国家实验室物理学家乔治-卓别林(George Chapline)表示，宇宙中并不存在着所谓的“黑洞”，并认为人们通常所指的黑洞神秘物质实际上是“黑能(dark-energy)星体”.

　　长期以来，黑洞已经成为了科幻小说中的重要材料之一.不少人认为，天文学家可以通过间接方式来观察到黑洞的存在，而巨型恒星死亡后就会形成黑洞.但卓另林认为，恒星死亡只会形成“黑能”物质.过去数年中，天文学家对银河系的观察表明，宇宙的70%左右是一种奇怪的“黑能”所组成，正是它们在加速着宇宙的膨胀.卓别林说：“几乎可以肯定地说，宇宙中并不存在着黑洞.”

　　黑洞是Einstein广义相对论中最为著名的预言之一.广义相对论解释了受巨型恒星重力影响，会导致时空结构产生扭曲的现象.该理论认为，当某颗恒星死亡后，会受自己的重力影响而缩成一个点.但卓别林却认为，Einstein本人也不相信黑洞的存在.卓别林说：“不幸的是，他也无法说出准确的原因.”而解决该问题的根源就在于20世纪物理学的另一项革命性理论：量子力学.

　　广义相对论认为，并不存在使任何一处时钟速度都相同的“宇宙时间”，相反，不同地方的重力不同，所导致的时钟速度也各不相同.但量子力学主要是描述细微空间中的物理现象，因而它只有在“宇宙时间”的前提下才会体现其理论价值，否则就没有任何意义.卓别林认为，问题解决的焦点就在于黑洞边界(event horizon).对一个非常遥远的观察者来说，我们这儿的时间看起来会处于停止状态.同理，如果一艘飞船落入了某个黑洞之后，对遥远的观察者来说，飞船似乎被永远陷在了黑洞边界上，但飞船中的宇航员们却能感觉到自己在继续下降.卓别林说：“广义相对论预示，黑洞边界并没有发生任何变化.”

　　1975年期间，量子力学专家们表示，黑洞边界确实发生了一些奇怪的事情：遵守量子法则的物质对轻微干扰变得极为敏感.卓别林说：“这个发现很快就被大家忘记了，因为它不符合广义相对论的预言.然而今天看来，它却是完全正确的发现.”他认为，这种奇怪的活动正是时空“量子阶段转变”的证据.卓别林认为，死亡后的恒星并不会简单地形成一个黑洞，而是在该时空内部，它却充斥着黑能，并具备重力影响.

　　卓别林称，在某颗黑能星的“表面”，它看起来很象一个黑洞，并能制造强大的重力牵引.然而在它的内部，黑能的“负”重力又有可能将物质重新弹出来.如果某颗黑能星体积很大，任何反弹出来的电子转变成了正电子，然后会在高能辐射中消灭其它电子.卓别林表示，这种情况可以解释我们观察到的银河系中心辐射现象.而此前对于这种现象，天文学家们认为是银河系中存在着一个巨大黑洞的证据.

　　卓别林还认为，宇宙中还有可能充满了大量“原始”类黑能星，这类星体并不是由恒星死亡而形成，而是由于时空自身的波动起伏所导致.而这种星体有可能就是人们通常据说的暗物质：它们与普通物质一样具有引力，只是无法被观察到.[

 2、美国宇航局9月9日宣布，钱德拉X射线太空天文台监测到来自距地球两亿五千万光年的英仙座星系巨大黑洞声波的证据.这是人类首次发现黑洞可以发射声波，有媒体将此戏称为“黑洞在歌唱”. 然而黑洞的“歌声”实在是太过低沉，它比钢琴的中央C低57个八度音阶，远远超出了人类的听力范围，使得人类无法直接欣赏到黑洞的“美丽歌喉”，这也是目前人类在宇宙中监测到的最低音调.“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”，其实不然.所谓“黑洞”，就是这样一种天体：它的引力场是如此之强，就连光也不能逃脱出来.当英国科学家霍金根据量子力学研究物质在黑洞邻近的行为时，非常惊讶地发现，黑洞如同平常热体那样产生和发射粒子，这就意味着黑洞不是完全黑的.为了进一步研究黑洞，很多科学家把重点集中在物质被黑洞吸进之前，也就是研究黑洞边缘的情况. 英国剑桥天文研究所的安迪?费边教授和他的同事研究钱德拉天文台的X射线图片时发现，英仙座星系黑洞附近的太空气体以其为中心呈同心圆排列，波的距离为3万光年，据此可确定声波的音调. 科学家认为黑洞声波是由双重压力造成的.也就是说在物质被吸引进黑洞时会对太空气体产生的压力，而黑洞自身喷射物质时也会产生压力. 　　在此之前，科学家已经发现黑洞可以发光发热，但黑洞可以发声还是首次为人类所发现.该发现除了有助于人类了解英仙座星系的形成外，还有助于解开人类多年未解的谜团，即英仙座黑洞周围的太空气体为什么不会冷却下来，形成星体.科学家认为可能是由于黑洞声波的巨大能量对太空气体加热造成的.

(2005年9月18日)　　　　　　　　　　　　　　　　　　摘自天文探索　

多年来，神秘的黑洞理论令众多顶级科学家心驰神往，为如何描述它而费尽心力.然而，一批美国科学家日前却提出全新的看法，认为所谓的黑洞根本是子虚乌有.

据《卫报》7月29日报道，提出该理论的是科学家席尔德领导的哈佛—史密森天体物理研究中心的研究小组.他们观察到在距离地球90亿光年以外的宇宙间有一个类星体，它有很大的红移(光源远离观测者时，接受到的光波频率比其固有频率低，即向红端偏移)并放射[出大量的蓝光，而且经常还有无线电波发出.此前科学家一直相信，类星体中央便是黑洞.

研究小组动用14部天文望远镜，对这个类星体进行前所未有的全面观察，通过分析其光谱，深入探测了其内部结构.他们发现，类星体的中央周围有一圈碟形的物质形成的洞，宽度相当于地球与太阳距离的4000倍.他们相信，那个洞是由一个强力磁场喷发出大量物质形成的，其中有许多等离子形成的奇特圆球体.

黑洞理论最早于1784年由一名英国地质学家提出，后经Einstein加以确认.英国著名天体物理学家霍金也在不久前进一步确定黑洞的存在.根据黑洞理论，这个可以吞噬一切的无底黑洞是没有磁场的.科研小组据此提出，类星体中央带有磁力的等离子球体的存在就排除了黑洞的可能.该研究小组的科学家莱特表示：“我相信，这是第一个能证明整个黑洞理论错误的证据.”

科学家新的研究表明，黑洞可能并不存在

　　没有人知道宇宙中到底有没有黑洞.从黑洞这个概念提出的第一天起，科学家关于黑洞存在与否的争论就没有停止过.尽管黑洞理论能够解释一些问题，但宇宙也变得越发“诡异”和难以捉摸.最近，美国科学家在《物理评论D》(Physical Review D)上撰文指出，黑洞是不可能存在的.如果他们的认识是正确的，那么天文物理学将经历一次新的变革，困扰科学家40余年的难题也将不攻自破.

附录3: 附录：美天文学家全新看法称黑洞根本不存在

城市快报/综合消息据《羊城晚报》报道，多年来，神秘的黑洞理论令众多世界顶级科学家心驰神往.然而一些美国科学家日前却提出全新的看法，他们认为所谓的黑洞根本是子虚乌有.

据英国媒体29日报道，提出该理论的是席尔德领导的哈佛•史密森天体物理研究中心的研究小组.他们观察了一个距离地球90亿光年的类星体后提出这一理论.此前科学家一直相信，类星体中央便是黑洞.席尔德表示，该类星体的中央有一圈碟形物质形成的洞.他们相信，该洞是由强力磁场发射出的物质形成的.黑洞理论是1784年由一名英国地质学家提出的，后被爱因斯坦证实.根据黑洞理论，可以吞噬一切物质的黑洞是没有磁场的.席尔德的科研小组据此提出，类星体中央由强力磁场发射出的物质形成的洞将推翻黑洞.

（摘自新浪网）