人落入黑洞後被撕碎？早已被燒死...
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新浪科技訊 北京時間4月19日消息，在過去的4年間，研究黑洞背後數學機制的物理學家們逐漸產生了一個奇特的想法，那就是黑洞可能擁有一個被稱作「火牆」的區域，它將摧毀任何試圖越過這一黑洞邊界的物體。不過，最近一篇名為《裸黑洞火牆》(Naked Black Hole Firewalls)的文章則從根本上對這一奇特觀點提出了質疑。
加拿大阿爾伯塔大學物理學系教授佩吉(Don N. Page)是這篇最新文章的合作者之一，他表示：「在當今物理學領域，設想中的黑洞火牆是最為熱門的研究話題之一，我們希望我們的這篇文章將能夠為這一問題的解決做出一些貢獻。」
相關研究人員還包括國立台灣大學和斯坦福大學的陳匹欣(音譯：Pisin Chen)，北歐理論物理研究所的王元慶(音譯：Yen Chin Ong)，日本京都大學的佐々木節，以及國立台灣大學的夏東韓(音譯：Dong-han Yeom)等。
關於黑洞的一般圖景直接源自愛因斯坦的廣義相對論：該理論指出擁有質量的物體會造成周邊時空的扭曲，當其質量足夠大時，這種時空扭曲將達到極端程度，任何物質，甚至連光線都將無法從中逃脫。而由於沒有光線能夠逃離這樣強大的引力場，我們便無法看到這類天體的存在，也因此我們將其形象地稱作「黑洞」。很快，黑洞便作為宇宙中最恐怖的終極吞噬者的形象滲入到了我們的社會潛意識當中。根據相關模型觀點，一個不幸的太空旅行者一旦進入黑洞事件視界範圍內便將萬劫不復，他將在黑洞內部被徹底摧毀。
儘管這一理論看似簡單，但實際上對黑洞進行描述是一件極其困難的事。在上世紀1970年代，英國著名物理學家史蒂芬·霍金提出一種嶄新的觀點，認為一部分粒子實際上可以藉助粒子糾纏原理從黑洞內部逃離，這一理論現在更為人所知的名稱是「霍金輻射」。自那以後，黑洞物理學的研究領域便開始湧現出一大批有趣的理論，要想對其進行完整描述，則需要牽涉量子力學和廣義相對論的數學方法。
而在過去的差不多40年間，天文學家們還一直在爭論一個話題，那就是所謂的「黑洞信息悖論」，這是將量子力學相關原理引入黑洞物理學之後導致的一個直接後果。佩吉表示：「起先，大部分研究愛因斯坦廣義相對論的科學家都認為這一由霍金最先提出的設想應該是合理的，簡單來說就是，隨著黑洞的形成和『蒸發』消失，它所包含的信息也將隨之丟失。而現在，情況已經發生了徹底的改變，大部分科學家——如果不是全部的話，也包括霍金本人，都相信這些信息是不會丟失的。然而，我們現在仍然不甚清楚這些信息如果沒有丟失，那麼它們是如何被保存下來的。」
在量子力學中有兩條基本原則，一條叫做「量子決定論」(quantum determinism)另一條叫做「可逆性」(reversibility)，這兩條原則規定信息是不能丟失的。然而隨著物體墜入黑洞，描述這些物體的信息也將隨之進入黑洞。很顯然，當這些信息隨著物體一同跨越黑洞事件視界，它們也將隨之被黑洞吞噬並永遠消失。對於這樣顯而易見的矛盾性，物理學家們感到沮喪不已。
而信息悖論本身的產生還得從霍金輻射的話題說起，該理論主要的觀點是認為物質可以以輻射的形式從黑洞中逃離，但霍金輻射中向外逃離的粒子將不會攜帶任何關於原先被黑洞吞噬物體的信息。2012年，一個物理學家團隊對這一悖論進行了仔細研究並指出，這一悖論所涉及的三大假設不可能都是同時正確的。
更具體的說，幺正性原理(principles of unitarity)和局域量子場論(local quantum field theory)與所謂「無意外」原則(no-drama)相違背。後者指出，當物體穿越黑洞事件視界時不應該出現任何「不同尋常」的事件。相反，研究組指出對於這一問題的簡單解決方案應該是，在黑洞事件視界附近的確存在某種「不同尋常」的事件，或者更具體的說，存在一個「火牆」，它會摧毀任何墜入黑洞的物體。這一觀點有些令人意外，因為對於一個足夠巨大的黑洞來說，其事件視界附近的曲率是極其微弱的。在那樣的情況下廣義相對論應該還會其作用，那麼根據廣義相對論原理，應該不會發生任何「不同尋常」的事件才對。
陳匹欣指出：「所謂火牆，或者說是一個可以被近似視作黑洞邊界的高能密度區域，將會摧毀任何試圖落入黑洞的物體。」
而當這篇最新論文的作者們前幾年開始在日本京都大學湯川理論物理研究所開展相關研究工作時，他們意識到此前提出的火牆理論存在一些問題。根據原先理論，火牆隱藏在黑洞事件視界背後，當一名希望一睹黑洞內部景象的觀察者穿過大質量黑洞的事件視界，他將會在穿越這一邊界的一瞬間被燒死。但根據研究組最新的工作，他們認為這一量子力學原理構建的死亡區域實際上是可以在霍金輻射原理下出現在黑洞外部的，從而讓觀察者得以觀察到黑洞裸露的火牆全景。
京都大學的佐々木節教授指出：「如果火牆確實存在，那麼不僅是落入黑洞的物體會被摧毀，並且這樣的摧毀過程將是可見的，甚至是在黑洞外部也一樣。」對此，佩吉強調指出，一個存在於黑洞外部的火牆將是有問題的。因此，如果火牆的確存在，那麼它將不會被局限在黑洞事件世界以內，它的毀滅性力量將會延伸到黑洞之外可以被觀測到的空間區域。這一結果讓火牆理論的根基出現動搖，暗示物理學界可能在未來將需要投入更多精力提出對於信息悖論問題更加完善的解決方案。(晨風)
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