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    量子力學的相互矛盾

    2016/12/12 10:44:34

    對于黑洞,很多人都知道這樣一種觀點——任何物質(zhì)都無法逃脫黑洞的可怕引力,甚至包括光線在內(nèi)。這是黑洞理論中最基本的一種觀點。但在刊登于8月2日網(wǎng)絡版《科學》雜志上的一篇論文中,美國新澤西州普林斯頓高等研究院的理論物理學家愛德華-維特指出這一基本觀點與量子力學理論相矛盾。

    絕大多數(shù)物理學家認為黑洞是一種密度令人難以置信的天體,能夠扭曲時空,任何物質(zhì)都無法逃脫它們的可怕引力。在刊登于同一期《科學》雜志上的另一篇論文中,美國加利福尼亞州理工學院的理論物理學家基普-霍納將黑洞描述為一種完全由扭曲的時空構(gòu)成的天體。

    然而,這一基本觀點似乎與量子力學定律相抵觸,后者用于解釋宇宙內(nèi)最微小的元素。維特在論文中指出:“根據(jù)廣義相對論,黑洞會吸入附近的任何物質(zhì),同時不向外噴射任何物質(zhì)。這是很多人眼中的黑洞一個基本特征。然而,如果根據(jù)量子力學,這種天體不可能存在。”

    維特解釋說,根據(jù)量子力學,如果一種反應是可能的,相反的反應也是可能的。過程是可逆的。也就是說,如果一個人被黑洞吞噬,增加這個黑洞的質(zhì)量,也會存在黑洞將人噴出,質(zhì)量減少的現(xiàn)象。然而,任何物質(zhì)都無法逃脫黑洞的引力。為了破解這個謎題,物理學家提出了“熵”的概念,即混亂和隨機性的一個量度。根據(jù)解釋宏觀層面的熱力學定律,降低宇宙的熵值是不可能的,熵值只會增加。如果一個人掉進黑洞,熵值會增加。如果一個人被黑洞噴出,宇宙的總熵值便會減少;谕瑯拥脑,水只能從杯子濺到地板上,而不會從地板飛到杯子里面。

    這能夠解釋物質(zhì)掉進黑洞的過程為何無法逆轉(zhuǎn),但這只適用于宏觀層面。著名物理學家斯蒂芬-霍金指出,根據(jù)研究微觀層面的量子力學,物質(zhì)可以從黑洞逃脫。根據(jù)他的預測,黑洞不斷向外噴射物質(zhì),這一過程被他稱之為“霍金輻射”。量子力學與黑洞理論的基本觀點——任何物質(zhì)無法逃離黑洞——相抵觸。維特說:“雖然黑洞永遠不會將吞噬的宇航員或者桌椅板凳噴出,但會向外噴射基本粒子或者原子!

    不過,科學家至今沒有觀測到霍金輻射。維特在論文中指出:“黑洞由恒星爆炸形成,通常位于星系中央?上У氖,黑洞通常質(zhì)量很大并且距離地球很遠,很難獲得它們的微觀細節(jié)!边@一期的《科學》雜志刊登了5篇有關(guān)黑洞研究的論文,維特的論文只是其中之一。

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