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一、经典黑洞 1、物质掉入经典黑洞的过程 假如已经存在一个黑洞，一个物体落入其中，过程是怎样的呢？ 按广义相对论，在远处的观察者看来，这个物体永远（直到宇宙终结）不可能到达视界，而是在接近视界的过程中越来越慢、越来越暗淡，直到最敏感的仪器也测不出它那微弱的光芒，仿如掉入一个“黑色的洞”。 因此，对于黑洞外的观察者来说，“视界”是一种数学上的极限，可无限接近而不能达到，用数学的观点来说，视界只是“潜无穷”，而非已经完成的“实无穷”。黑洞的史瓦西解、克尔解、纽曼解，这些严格解都是假定一个已经形成的黑洞的存在，是一个已经完成了的“实无穷”。这个“实无穷”可以由有限的几个参数来表征：质量、角动量、电荷。 根据上述对一个物体掉入一个已经形成的黑洞的考察，发现物质不可能真正掉入黑洞。这就涉及下一个问题—— 2、经典黑洞的形成 由于物质不可能到达一个已经形成的视界，那最初的视界如何能够形成？因此黑洞只能是大量物质坍缩的一个永恒过程，视界仍是一个数学极限。只是在外部观察者看来，经过不太长时间，这些物质的光影就暗淡得不可观测，而且物质在引力作用下汇聚过程中相互碰撞，早已经成为齑粉，并且物质分布方式与初态已经不再有联系（动力学混沌），基本上只与总质量、总角动量、总净电荷有关，而且随着时间推移，这个特点越来越明显。 “黑洞”这个本质上是永不终结的一个坍缩过程，对外部观察者而言只有起初的很短的激烈过程是有意义的，在余下的无限漫长历史中，它都对外不显示出什么可观测差别（除了质量、角动量、电荷）。 对天文学家有意义的是，总有后来的物质追随亿万年前先行的物质而去。这些后继者与观察者通常有一次壮观的决别——大量的辐射——但等待它的只是永恒的暗淡的旅途。 3、一些常见的错误或仅为科普的说法 既然视界只是一种数学极限，何来“视界内”？“物质能不能从视界内逃离？”就是一个伪问题。以前有人质问“既然任何物体都不能逃离视界，那引力子也不能，则黑洞不应有引力”。在这里可以明确的回答，引力不需要从“视界内”发出，它一直是“视界外”的作用。光子也一样。 4、一个未决问题 前面的观察者都是置身事外的，如果观察者亲自来一次黑洞之旅会如何呢？计算认为，观察者应在有限时间内通过视界，通常会被潮汐力粉碎，但在进入一个超大黑洞的视界时可以毫无感觉。 可惜这是不可实证的。 置身事外的观察者看到这位勇敢的旅行者与其它物体一样，越来越慢越来越暗。由于引力红移，他们很快就没法通信：开始双方用微波，很快观察者就得用长波而旅行者得用伽玛射线，很快再也没有可行的通讯办法了。 谈论“视界内”的性质有助于探究广义相对论的数学特性，但不再是在谈论可观测的物理实在。 二、量子黑洞 物质在永恒的黑洞之旅中，后来者可以很快就接近先行者（因为后来者被先行者加速而先行者被后来者减速），在一个有限的区域中高强度相互作用，当然很快就达成热平衡了，而且温度应当奇高。向外有黑体谱的辐射，有什么奇怪？这样高温的物质汤，可以产生任何粒子！只是实物粒子逃不远而已，光子则可以逃脱，但向外辐射的极高温度的电磁黑体谱被红移成了极低的温度。这个旅行团质量越大，逃回出发点的黑体谱温度越低！ 旅行团越大，从外部看来旅行团的“影子”——与“视界面积”等价——也越大。（很难不用已经广为接受的术语，我的新观点还没有建立自己的术语体系。） 需要霍金的黑洞辐射理论吗？可以要，也可不要。 物质从来没有被视界吞没，何来“信息丧失”之说？它们一直在旅行，量子态的数目一直没减少！经典黑洞与量子论在这里没有冲突！何来悖论？ 因此，我预言，如果观察者亲自来个超大黑洞之旅，等待他（她）的不是无惊无险就可通过的视界，而是“热闹”的先行旅行团，他会“熔”入他们的！ 至于婴儿宇宙、平行宇宙，完全是科幻作品。霍金写这些的时候已经是一个科幻作家的身份。 如果仅仅是为了预言黑洞辐射或黑洞熵，可能不需要量子论。量子论或粒子物理要解决的是：在“黑洞旅行团”越来越热的旅途中，实物粒子能存在多久？会不会成为夸克汤？成为夸克汤之后呢？会不会转为真空的一种激发态？从而完成物质从“无”中来，又归于“无”的轮回？三、后记 本来是想维护霍金戏弄王达水的，却写成了这样。我没有能力从这个新的角度（也许早有人做了，只是我作为业余人士孤陋寡闻）推出黑洞熵公式，但愿建其或其他人能够做到。如果是首创，能否分我一点荣誉，以鼓励业余爱好者呀:) 2004/10/12 |