灰洞[霍金提出的物理理論]

霍金提出“灰洞”理論是為了解決“防火牆悖論”問題而在“反德西特時空”中的模擬設定，並非黑洞真不存在，只是為了化解廣義相對論與量子物理在黑洞中的矛盾。

基本信息

• 中文名稱：灰洞
• 外文名：grey hole
• 發現者：史蒂芬·威廉·霍金
• 最早發現時間：2014年1月24日

發現與理論

灰洞[霍金提出的物理理論]

科學家史蒂芬·威廉·霍金（Stephen Hawking），因提出宇宙黑洞理論而舉世聞名。據英國《每日郵報》2014年1月24日報導，在一篇線上發表的論文中，表示“宇宙中沒有黑洞”，存在“灰洞”。這個理論震驚了物理學界，乃至整個世界。

據國外媒體報導，史蒂芬·霍金的黑洞理論為宇宙中最緻密的天體行為提供了一種可能性的解釋，日前這位大科學家在其作品中提到，宇宙中沒有“黑洞”，有的只有“灰洞”。該理論來源於一篇名為《黑洞的信息保存與氣象預報》的調查論文中，是霍金對黑洞的研究成果之一，他認為黑洞其實是一個擁有極端物理環境的“灰色地帶”，質能進入黑洞中後還會“回到”宇宙中，我們此前對黑洞的邊界理論認識是有待改善的，黑洞或不會永久性地保存質能信息，在某個時候會“釋放”出來，暫時稱該行為為“黑洞的蒸發”。也有部分學者認為黑洞通過蟲洞連線白洞，黑洞利用強大的引力吸收質能，又從白洞中噴發出來。

理論研究歷史

霍金此前提出了一種被稱為霍金輻射的黑洞理論，這是從量子效應的角度出發來研究黑洞，霍金輻射認為黑洞是可以失去質量，因此一些非常小的“迷你黑洞”可“蒸發”消失，該理論證明了黑洞並不是宇宙中最自私的天體，黑洞在吸積物質後可通過量子行為向宇宙空間中釋放出內部的質能，天文學家也在尋找新的方法來探測這種行為。

爭議

黑洞簡介

黑洞之所以被認為是“黑”的，在於其引力行為和事件視界上，在事件視界之外的物質行為才會被我們所察覺，而之內並不存在任何定義，即便是光線也無法逃脫黑洞的引力控制，因此在我們看來黑洞是“黑”的，這就像是宇宙中的單行道，僅能進去而出不來。霍金提出的“灰洞”理論認為黑洞還可以進一步向外傳遞質能信息，這就是說黑洞不是宇宙中的單行道，進去後還能“出來”。

霍金認為事件視界的理論需要進一步完善，事件視界並不是黑洞的邊界，黑洞可能存在一個明顯的“地平線”，黑洞內部出現的量子漲落使得黑洞如同一個灰色地帶，其也不違反任何廣義相對論和量子力學，這也意味著黑洞可以從宇宙中吸積“物質信息”，同時也可以向外輻射出信息。傳統的事件視界理論認為這是黑洞與外界的“界線”，如同一道防火牆，物質被黑洞吸積後落入黑洞中，並在兩極釋放出輻射。

理論缺陷

黑洞周圍的一個假設區域被稱為視界。霍金認為視界理論存在缺陷，光無法從中逃逸。試圖逃脫黑洞核心的光射線不會像人被困在跑步機上那樣，它可以通過輻射泄露來慢慢收縮。霍金告訴《自然》雜誌：“在經典理論中，光無法從黑洞中逃脫，在量子理論中，能量和信息可以做到。”關於對其過程的完整解釋，霍金表示需要將重力和其他自然基本力的理論完美融合。

然而，近一個世紀以來，這個問題一直困擾著全世界的物理學家。霍金表示，“問題的正確解釋仍然是一個謎。”他提出的灰洞理論認為，物質和能量在被釋放到太空之前會持續一段時間。這個理論試圖解決這兩年來一直困擾著科學家們的黑洞防火牆悖論。

爭議

加拿大阿爾伯達大學的黑洞專家唐·佩吉（Don Page）認為霍金的解釋很合乎情理，可也有理論物理學家並不認同霍金的說法。

文章指出，由於找不到黑洞的邊界，因此“黑洞是不存在的”，這是為了解決“防火牆悖論”問題於新理論中設定“黑洞不存在”，其並非真不存在。如果霍金的理論正確，黑洞核心的奇點根本就不存在，甚至不排除“一切事物原則上能逃離黑洞”這種極端局面的可能性。霍金說：“在經典理論中，黑洞不會放過任何東西，量子理論允許能量和信息逃離黑洞。”因為現代量子物理學認定這種物質信息是永遠不會完全消失的，這種說法與量子力學的相關理論出現相互矛盾之處。

史蒂芬·威廉·霍金

30多年來，霍金試圖以各種推測來解釋這一自相矛盾的觀點。霍金表示，黑洞中量子運動是一種特殊情況，由於黑洞中的引力非常強烈，量子力學在此時已經不再適用了，霍金的這種說法並沒有讓科學界眾多持懷疑態度學者信服。

現在看來，霍金終於給了這個當年自相矛盾的觀點一個更具有說服力的答案。霍金稱，黑洞從來都不會完全關閉自身，它們在一段漫長的時間裡逐步向外界輻射出越來越多的熱量，隨後黑洞將最終開放自己並釋放出其中包含的物質信息。

霍金認為，受到黑洞引力的影響，能量和物質先是靠近——不會到達——黑洞中心，最終還會被釋放出去。不過，它們的信息在黑洞中不會毀滅，可被完全打亂，逃離之後面目全非，幾乎無法還原。

美國波士頓大學的布雷徹（K.BRECHER）在1993年6月提出了存在有灰洞（GRAYHOLE）的可能性：大質量星的坍縮不足以形成黑洞，可有可能形成比典型中子星有較小的半徑和較大的密度的星體。布雷徹認為黑洞的質量大於3倍太陽質量，這樣，在某些情形便取消了對黑洞的需要。灰洞具有不同於正常中子星的性質，這來源於兩者不同的坍縮程度。廣義相對論預言，坍縮到足夠程度的恆星其外圍將形成一個光子層，在該層內的光線繞星體運行，典型中子星光子層的半徑比前者為少，同時，坍縮量的強大引力也導致漏出的輻射失去能量。布雷徹的計算表明，受上述兩種作用的影響，從灰洞發出的輻射只在百分之四十能離開灰洞向空間輻射。灰洞之名稱由此而來。在已發現的6個X射線雙星系統中（上述天鵝座X-1和LMCX-3就是其中的兩個），在可見光波段看不見的大於太陽質量3倍的一個星體可能就是很暗的灰洞，而不是黑洞。