在任何一個時空點上都可以選取適當的參考系,使物質的運動方程中不再含有引力項,即引力可以局部地消除。按照這一原理,宇航員掉進萬有引力場——即便是像黑洞那么強大的引力場時,他所看到的實際景象和飄在太空的觀察者所看到的是一樣的。等效原理最早在一個世紀前由阿爾伯特·愛因斯坦清晰地提出,并作為他《廣義相對論》的基礎。如果等效原理不成立,愛因斯坦的理論框架也將瓦解。
普金斯基等四人也深知這一推論可能導致的后果,所以還提出了另一種備選結局:沒有形成火墻。但這種解釋的代價同樣巨大,他們不得不犧牲量子力學,這是描述亞原子粒子之間相互作用的理論法則,也是物理學的另一根支柱。
這一結果激起了一股研究火墻熱潮,物理學家們紛紛拋出各種方案試圖打破僵局,但還沒有一篇論文能解釋得讓所有人都滿意。面對這種狀況,圣芭芭拉分校的量子物理學家斯蒂芬·吉丁斯說這是“一場物理學基礎的危機,需要一次革命才能解決問題。”
上個月,物理學界研究黑洞的專家們齊聚在瑞士日內瓦附近的歐洲粒子物理研究所(CERN)召開會議,面對面地討論了這一問題,希望能打開一條通向“量子引力”統一理論的新途徑,將自然界所有的基本力囊括其中——或許這將成為物理學家們幾十年來未曾有過的榮耀。
火墻的想法“動搖了大部分人所相信的黑洞理論的基礎”,加利福尼亞大學伯克利分校弦理論學家拉斐爾·布索在會議上說,“從根本上說,它把量子力學放在了廣義相對論的敵對面,卻沒給我們留下任何線索:下一步該朝哪個方向走?”
■普利什基爾與霍金的“賭局”
說到“火墻危機”的根源,還要追溯到1974年。當時英國劍橋大學的物理學家斯蒂芬·霍金證明,量子效應會使黑洞在達到一定溫度后變得孤立,然后黑洞會緩慢地發出熱輻射—光子及其他粒子—質量逐漸減少,直到完全蒸發掉。
但這些粒子并不是火墻,落入事件視界的宇航員不會注意到這種輻射,這是它與相對論所描述場景之間的細微差別。但霍金的結果依然令人震驚,因為按照廣義相對論方程的描述,黑洞只會吞噬質量而增長,并不會蒸發。
基本上,霍金的爭論進入到了對量子領域的觀察,“空”間并非是真空,在亞微觀的尺度上,它處于一種持續不斷的動蕩漲落狀態:成對的粒子和反粒子不斷出現又迅速湮滅。只有在非常精微的實驗中,才能觀察到這種亞顯微程度的混亂。霍金意識到,當一對粒子—反粒子出現在黑洞的事件視界時,其中一個會落入黑洞,使它們不能再結合湮滅,幸存的那個粒子會以輻射形式向外發出,為平衡向外發出粒子的正能量,
- 本文由 米粒在線 發表于 2013年12月1日10:44:42
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