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天文愛(ài)好者和物理愛(ài)好者大約都不會(huì )忘記兩年前發(fā)生的那個(gè)著(zhù)名故事——2004年7月21日，《時(shí)間簡(jiǎn)史》的作者、英國劍橋大學(xué)富有傳奇色彩的理論物理學(xué)家史蒂芬·霍金，向全世界宣布，他推翻了自己原先的黑洞理論，新的理論認為因果律在黑洞中依然有效，并非如自己30年來(lái)所堅持的那樣，所有物質(zhì)在進(jìn)入黑洞之后就把自己所攜帶的信息全部丟失了。
現在，或許我們該為霍金感到慶幸：科學(xué)家新的觀(guān)測結果很可能意味著(zhù)，現有的黑洞理論需要修改，而修改的結果更可能偏向于霍金兩年前給出的新理論。
磁場(chǎng)挑戰黑洞理論
依然還是北半球處于盛暑的7月底。來(lái)自美國馬薩諸塞州的哈佛-史密森天體物理學(xué)研究中心的科學(xué)家們宣布，他們通過(guò)觀(guān)測距離銀河系90億光年之外的一個(gè)類(lèi)星體(編號為Q0957+561)發(fā)現，該類(lèi)星體擁有強大的磁場(chǎng)，這與科學(xué)界普遍認同的黑洞基本理論很不相符——原先的黑洞理論認為，黑洞是沒(méi)有磁場(chǎng)的。
這是多年來(lái)科學(xué)家首次依據天文觀(guān)測結果對黑洞理論提出疑問(wèn)。黑洞理論最早于1784年由一名英國地質(zhì)學(xué)家提出，但直到80年前愛(ài)因斯坦建立起廣義相對論之后，黑洞這一概念才正式列入現代科學(xué)的理論框架。而近一二十年來(lái)，借助于哈勃太空望遠鏡等觀(guān)測工具，天文學(xué)家確實(shí)觀(guān)測到了它存在的跡象(由于黑洞吸引力太大，以至于光線(xiàn)也不能逃逸，科學(xué)家的觀(guān)測只能是間接的)，尤其是星系和類(lèi)星體中心的大黑洞。
而哈佛-史密森天體物理學(xué)研究中心的科學(xué)家們動(dòng)用14部天文望遠鏡，對類(lèi)星體Q0957+561進(jìn)行前所未有的全面觀(guān)察，通過(guò)分析其光譜，深入探測了其內部結構。他們發(fā)現，該類(lèi)星體的中央有一圈碟形物質(zhì)(類(lèi)同于先前在黑洞周?chē)呀?jīng)觀(guān)察到的吸積盤(pán))，寬度相當于地球與太陽(yáng)距離的4000倍。他們相信，那個(gè)碟形物是由一個(gè)強力磁場(chǎng)噴發(fā)出大量物質(zhì)形成的，其中有許多等離子形成的奇特圓球體。如果按照原先理論所描述的，該類(lèi)星體的中央根本就不是一個(gè)黑洞，而應該被稱(chēng)為是一個(gè)“磁場(chǎng)急劇收縮體”(MECO)。
黑洞并非奇點(diǎn)？
一些科學(xué)家根據新的觀(guān)察結果認為，黑洞理論需要修正。而全球更多的大眾、科普類(lèi)媒體則干脆把科學(xué)家的觀(guān)點(diǎn)描述為：宇宙間根本不存在黑洞。
“事實(shí)的真相就是我們仍然在研究黑洞�！惫�-史密森天體物理學(xué)研究中心的公共事務(wù)主管大衛·阿圭拉告訴本刊記者，“我們中的一些科學(xué)家認為，已經(jīng)有一些跡象表明黑洞的存在，而另外一些科學(xué)家仍然在尋找其他證據。而我不敢確定。人們把黑洞的存在當作理所當然的事情，但因為我們至今無(wú)法靠近一個(gè)實(shí)例，我只能說(shuō)科學(xué)家們仍然在研究黑洞這種現象，其中很多人認為，我們一直所尋求的這種解釋是完全正確的�！�
部分研究者認為應該對黑洞進(jìn)行全新的解釋?zhuān)寒斈硞�(gè)天體變得足夠密實(shí)和熾熱時(shí)，其中的亞原子微粒就開(kāi)始被破壞，這會(huì )導致大量的輻射產(chǎn)生。而引發(fā)這一事件的外部壓力也開(kāi)始停止作用，這樣該天體就變成了一顆熾熱的、類(lèi)似等離子體的火球，而不會(huì )坍縮成原先黑洞理論描繪的那種狀態(tài)。
這樣的解釋?zhuān)瑢?shí)際上已經(jīng)與原先的黑洞理論相差甚遠�！霸趥鹘y理論中，黑洞，也即所謂的奇點(diǎn)，是沒(méi)有時(shí)間和空間存在的封閉狀態(tài)。奇點(diǎn)沒(méi)有體積，沒(méi)有固定的位置。在新理論中，黑洞由不同類(lèi)型的粒子組成，它是可以被測量的，而并不是像通常所認為的，黑洞是無(wú)法測量的奇點(diǎn)�！贝笮l·阿圭拉說(shuō)。
而中國國家天文臺的李競研究員則認為，新的觀(guān)測結果如果最終被確定，也僅僅只能證明，宇宙間存在周?chē)写艑拥暮诙�，并不能說(shuō)明所有其他黑洞都會(huì )這樣�！叭藗円呀�(jīng)成功觀(guān)測到的星系中心大黑洞，其性質(zhì)的描述未必能因此被徹底改變�！�
霍金該笑了
歐洲和美國的一些科普讀物在報道這一發(fā)現時(shí)使用了“超越愛(ài)因斯坦”這樣的標題。實(shí)際上，黑洞盡管是廣義相對論的一個(gè)著(zhù)名的預言，但修正黑洞理論已經(jīng)不是第一次了。最著(zhù)名的，莫過(guò)于“霍金輻射”——更早的黑洞理論中，物質(zhì)在黑洞面前是“只進(jìn)不出”的，而霍金用純理論方法推導出，黑洞是有輻射的，即他在《時(shí)間簡(jiǎn)史》中所謂的“黑洞不黑”。
新的發(fā)現看來(lái)也還不至于對相對論構成什么威脅�！靶吕碚撆c廣義相對論的時(shí)空觀(guān)會(huì )有不同，但是也沒(méi)有什么不妥�！卑⒐缋f(shuō)，“因為愛(ài)因斯坦的相對論留下了很多需要后人去證明的地方，這也是全世界許多國家包括中國科學(xué)家們一直在努力進(jìn)行研究和探索的方面。為了不斷完善愛(ài)因斯坦的理論，需要這個(gè)正在進(jìn)行中的長(cháng)遠過(guò)程�！�
而霍金現在一定會(huì )竊喜自己兩年前的明智舉動(dòng)�！叭绻诙粗�?chē)�存在磁場(chǎng)，那么，掉落黑洞的物質(zhì)把含有的信息遺留在磁場(chǎng)中是有可能的，”李競研究員說(shuō)，如果真的這樣，這就證明“信息守恒定律”在黑洞里沒(méi)有失效——這是霍金兩年前才否定自我而確定的理論。
結果有待檢驗
“史密森天體物理學(xué)研究中心的權威性是沒(méi)有什么問(wèn)題的，”李競說(shuō)，“何況，這樣的結果公布后，全球其他觀(guān)測天文學(xué)家馬上可以對它進(jìn)行驗證，他們應該在比較有把握的情況下才敢公開(kāi)自己的結論�！�
但還是有人對這次觀(guān)察的結果提出質(zhì)疑。來(lái)自美國馬里蘭大學(xué)的天體物理學(xué)家克里斯·雷諾茲就是其中之一。他認為，研究者觀(guān)測類(lèi)星體中心黑洞時(shí)，中心的碟狀物周?chē)芸赡苡写罅繜霟岬臍怏w，而他們采用重力透鏡技術(shù)(當觀(guān)察者和被觀(guān)察天體之間存在其它大型天體時(shí)，被觀(guān)察天體發(fā)出的光由于受其它大型天體引力作用的影響而發(fā)生扭曲，這時(shí)觀(guān)察者看到的被觀(guān)察天體形狀將被放大)幾乎不可能看到這些氣體——而類(lèi)星體中心的磁場(chǎng)興許就來(lái)源于這些氣體或者是它們的復雜運動(dòng)。
但研究者對自己的這項成果依然有信心�！膀炞C黑洞理論是科學(xué)家們一直以來(lái)努力挑戰的方面，我們現在所做的便是漫長(cháng)過(guò)程中的一部分�！卑⒐缋嬖V本刊記者，“其他科學(xué)家會(huì )對這些理論作出檢驗，我們現在正在等待其他科學(xué)家對其進(jìn)行確認和肯定，或者是推翻它。這便是科學(xué)研究的過(guò)程�！�
來(lái)源：中國新聞周刊；記者/方玄昌 舒文雯
