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大约十年前,斯蒂芬·霍金提议废除事件视界,即相对论定义的黑洞边界。这将有助于解决爱因斯坦理论和量子力学交叉点出现的“火墙”问题。这位理论物理学家提出了一个新概念:可见地平线。
弦理论当黑洞完全蒸发时会发生什么?纯粹从理论上讲,这个问题涉及低质量空洞(此类空洞的存在尚未得到证明)。在经典科学中,它将被视为一个不断发展的系统,无论它如何变化,它都会保留信息。这就是统一性的性质。
如果黑洞完全蒸发,那么观察者将无法获得有关黑洞内部发生的情况的信息。那么统一性就会丧失。这个问题已经提上议程30年了。霍金认为量子力学需要修改。例如,他同意“弦理论”,即当空洞消失时,统一性将会恢复。
问题是,即使没有任何地方失去幺正性,仍然不清楚孔内的信息在蒸发过程中是如何出来的。尽管事实上黑洞的定义表明没有任何东西可以逃脱它,甚至是光。这不包括从这样一个时空区域向外传输信息。
体力不足“火墙”问题是最近才出现的,源于关于黑洞蒸发过程中是否保持幺正性的争论。关键是,任何为落入洞内的观察者获取有关洞内物质状态信息的尝试都与重新排列洞本身结构的灾难有关。这种模式非常奇特,许多人都试图批评它。史蒂芬·霍金也不例外。在他的文章中,他没有提供计算,但提出了单一性问题的可能解决方案之一。
在标准模型中,黑洞有一个边界——事件视界。它将外部区域和内部区域分开,外部区域是可观察的,而内部区域则没有任何东西可以逃脱,信息也永远不会从内部区域出来。黑洞的存在是由事件视界的存在决定的。要在实践中找出它是否存在,你需要经历几世并说出接下来发生的事情。从数学的角度来看,这当然更方便。黑洞物理学的许多重要结果都得到了严格的数学证明。然而,这适用于那些只增长而不消失的洞(经典理论)。
对于观察科学家来说,重要的是坍缩形成的物体具有难以置信的强大引力。让我们假设由于重力塌缩,物体已经收缩并减小到超出重力半径。让我们用炮弹盖住尸体,想象它会爆炸。发出的光将向外和向内传播。如果没有重力,外侧区域的面积就会增大。
重力可以防止这种情况发生,但相反,更强的重力会减少这种情况。可见地平线是这些事件区域的边界。在经典理论中,它的存在意味着附近有一个事件视界,但在量子理论中这并不总是发生。因此霍金提出存在可见视界,但不存在事件视界。尽管这种差异并不是根本性的。他的论文并没有彻底改变对黑洞的理解和性质。只是许多数学定义不足以满足物理现实。
大曲率与宇宙的诞生放弃事件视界而采用可见视界的想法根本不是什么新鲜事,也不是霍金首先提出的。1979 年,在的里雅斯特举行的一次会议上,物理学家瓦列里·弗罗洛夫 (Valery Frolov) 和格里戈里·维尔科夫斯基 (Grigory Vilkovsky) 谈到了这个问题(霍金也在场并听到了一切)。他们还建议爱因斯坦的相对论应该在大曲率方面进行修改。这将消除经典理论中的一些困难。例如,在黑洞内部,奇点将会消失。这个模型使得黑洞在没有它的情况下也能存在,其中不是事件视界,而是闭合的可见视界。
在黑洞的众多未解决问题中,有一个主要问题。当物质被压缩时,曲率会增加,以至于在某些时候相对论不再起作用。那么黑洞内部的物质会发生什么?时空在那里如何运作?
20年前,人们提出了一个黑洞模型,其中诞生的不是奇点,而是一个与我们的宇宙相似的新宇宙。随着时间的推移,这个想法逐渐流行起来。空间随着加速度被压缩,因此黑洞内部的曲率增加。它可能无法无限增长,所以必须有某种东西减缓这个过程。这相当于出现了占主导地位的排斥力。如果停止压缩,它们也会开始膨胀,那么就不能排除膨胀的可能性,这种情况发生在早期宇宙中。然后,一个新的宇宙将在黑洞中诞生。
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