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    量子力學(xué)的相互矛盾

    2016/12/12 10:44:34

    對(duì)于黑洞,很多人都知道這樣一種觀點(diǎn)——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(diǎn)。但在刊登于8月2日網(wǎng)絡(luò)版《科學(xué)》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(xué)家愛德華-維特指出這一基本觀點(diǎn)與量子力學(xué)理論相矛盾。

    絕大多數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為黑洞是一種密度令人難以置信的天體,能夠扭曲時(shí)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(xué)》雜志上的另一篇論文中,美國加利福尼亞州理工學(xué)院的理論物理學(xué)家基普-霍納將黑洞描述為一種完全由扭曲的時(shí)空構(gòu)成的天體。

    然而,這一基本觀點(diǎn)似乎與量子力學(xué)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(duì)論,黑洞會(huì)吸入附近的任何物質(zhì),同時(shí)不向外噴射任何物質(zhì)。這是很多人眼中的黑洞一個(gè)基本特征。然而,如果根據(jù)量子力學(xué),這種天體不可能存在!

    維特解釋說,根據(jù)量子力學(xué),如果一種反應(yīng)是可能的,相反的反應(yīng)也是可能的。過程是可逆的。也就是說,如果一個(gè)人被黑洞吞噬,增加這個(gè)黑洞的質(zhì)量,也會(huì)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(gè)謎題,物理學(xué)家提出了“熵”的概念,即混亂和隨機(jī)性的一個(gè)量度。根據(jù)解釋宏觀層面的熱力學(xué)定律,降低宇宙的熵值是不可能的,熵值只會(huì)增加。如果一個(gè)人掉進(jìn)黑洞,熵值會(huì)增加。如果一個(gè)人被黑洞噴出,宇宙的總熵值便會(huì)減少;谕瑯拥脑,水只能從杯子濺到地板上,而不會(huì)從地板飛到杯子里面。

    這能夠解釋物質(zhì)掉進(jìn)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(xué)家斯蒂芬-霍金指出,根據(jù)研究微觀層面的量子力學(xué),物質(zhì)可以從黑洞逃脫。根據(jù)他的預(yù)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(xué)與黑洞理論的基本觀點(diǎn)——任何物質(zhì)無法逃離黑洞——相抵觸。維特說:“雖然黑洞永遠(yuǎn)不會(huì)將吞噬的宇航員或者桌椅板凳噴出,但會(huì)向外噴射基本粒子或者原子。”

    不過,科學(xué)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(yuǎn),很難獲得它們的微觀細(xì)節(jié)。”這一期的《科學(xué)》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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