霍金提出的黑洞「霍金研究的黑洞是什么意思」

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北京时间2月5日消息,据英国《每日邮报》报道,从黑洞“毛发”理论再到尝试解决信息悖论,英国著名物理学家史蒂芬·霍金提出了一系列关于黑洞的开创性理论。

而在他的一项最新理论中,霍金提出质量与一座山相当的微型黑洞可以释放出大量的X射线和γ射线,辐射功率可以高达1000万兆瓦,这将足以供应全世界的用电需求。不过别高兴太早,我们首先需要找到一个质量足够小且不会把我们毁灭掉的小型黑洞。

这是近日霍金做客BBC 4台第二期“里斯讲座”(Reith lecture)嘉宾时所作的阐述。在阐述自己关于黑洞的一系列理论时,霍金提到在真空中会产生一个虚粒子对,其中一个可能会落入黑洞,而另一个成员粒子则可能留在黑洞外。此时,由于失去了发生相互湮灭反应的“同伴粒子”,这个在黑洞外的粒子就有机会逃离,并以辐射的形式向外发射。

这是近日霍金做客BBC 4台第二期“里斯讲座”(Reith lecture)嘉宾时所作的阐述。科学家们多年来一直在尝试寻找此类微型黑洞,但一直没有取得进展。他说:“这真是令人感到遗憾,因为如果你能够成功找到这样的黑洞,你就能获得诺贝尔奖。”

黑洞发电站?

物理学家们此前已经发现,黑洞会向外发出粒子和辐射,其强度与黑洞的质量大小直接相关,两者之间呈反比关系。比如说,一个质量与太阳相当的黑洞对外释放粒子的效率极低,根本难以进行探测。而一个质量与一座高山相当的微型黑洞所释放的粒子辐射则会相当明显。

霍金表示:“一个质量与一座山相当的黑洞,其释放X射线和γ射线的功率可以超过1000万兆瓦,足以供应全球的电力所需。不过,要想捕获这样一个迷你黑洞也并不容易,你不能就那样把它放进一座发电站,因为它就直接从地板向下,一直落到地心。如果我们有这样一个黑洞,我想唯一的方法只能是将它放置在围绕地球运行的轨道上。”

科学家们多年来一直在尝试寻找此类微型黑洞,但一直没有取得进展。他说:“这真是令人感到遗憾,因为如果你能够成功找到这样的黑洞,你就能获得诺贝尔奖。”不过他认为自己有比苦苦搜寻更好的主意,那就是在额外的时空维度中制造出一个这样的黑洞出来。他说:“根据一些理论,我们所生活的宇宙不过是一个四维空间的表面,而宇宙本身很可能是一个10维乃至11维的空间。”

霍金指出:“由于光线只能在4维空间中传播,而不能涉及那些额外维度,因此对我们而言,那些额外的维度是无法看到的。然而引力却可以对那些额外维度产生显著影响,因此这就让我们在额外维度中制造一个微型黑洞出现了可能性。”

就在去年,霍金提出一项理论,指出黑洞并非很多人以为的那种“终极炼狱”,因为数据是有可能从黑洞中逃离的,并提出了一种新的机制来解释这一问题

我们或许可以在位于欧洲瑞士境内的欧洲核子中心(CERN)大型强子对撞机(LHC)设备上对霍金的这一理论进行检验。该中心开展的一些粒子对撞实验中会产生出类似的微型黑洞,后者产生的粒子辐射模式将很容易被识别出来。对此,霍金幽默的表示:“看来我毕竟还是能拿到诺贝尔奖的。”

就在去年,霍金提出一项理论,指出黑洞并非很多人以为的那种“终极炼狱”,因为数据是有可能从黑洞中逃离的。

这位已经74岁高龄的物理学家以一篇科研论文的形式从学术上详细阐述了这一思想,并表示该问题答案的核心就在于一种位于黑洞事件边界附近,处于零能量状态的粒子,或者如霍金所言的“软毛发”之中。

在去年8月份在瑞典首都斯德哥尔摩举行的一次演讲中,霍金教授在轻松幽默的氛围中对这一理论进行了阐释。他对传统上认为任何物质一旦落入黑洞就会永远消失的观点进行了驳斥,并表示他找到了一种机制,能够确保“信息从黑洞中逃离”。

霍金指出,被束缚在黑洞事件界限内部的粒子应当是由光子和引力子组成的,它们是光和引力能量的“量子”。这些能量非常低,甚至可以认为是不具有能量的量子粒子聚集在黑洞边缘附近,它们可以从落入黑洞的粒子中捕获并储存其中含有的信息。这一机制表明,即便落入黑洞的粒子消失了,但它们所包含的信息并不会随之丢失,而是会被保留下来,在黑洞虚幻边缘的量子“毛发”中徘徊,这种场景有时候会让人联想到人鼻孔中的鼻毛截留进入我们鼻腔内空气中的尘埃颗粒。

“黑洞信息悖论”长期以来困扰着黑洞研究。该悖论的核心内容是:如果按照传统观点,即认为一旦黑洞消失,此前所有被黑洞吞噬的物质所携带的全部信息也将随之从宇宙间消失。那么这样的结果将与量子力学原理相冲突,因为后者指出,信息和能量一样是守恒的,是无法被消灭的。

而如果霍金的这一理论正确,那么或许这将最终引导科学家们找到解决这一悖论的正确道路。(晨风)