黑洞不存在？所谓黑洞其实是“暗能量星”

Daphane

來源: 新浪科技



乔治·查普林认为，事件视界望远镜提供的证据将证明黑洞其实是暗能量星。

从上往下看，暗能量星的形状类似一个甜甜圈。查普林认为，围绕暗能量星中央孔洞周围旋转的物质和能量正是在“黑洞”附近观察到的天体物理喷流的来源。　　新浪科技讯 北京时间10月17日消息，据国外媒体报道，等到明年年初，我们也许就能一窥银河系中央超大质量黑洞的真容了。过去几年间，“事件视界望远镜”（一台有效直径与地球相当的虚拟望远镜）一直在观察人马座A*星。大多数天体物理学研究人员都认为，该望远镜在地球各处拍摄的照片将会揭露该黑洞的真相：我们也许会看见一团明亮的、由光线构成的漩涡，中央则是一片黑色的暗影——也就是事件视界。在事件视界以内的区域，黑洞奇点的引力变得极强，就连光线也无法从中逃脱。
　　但美国劳伦斯·伯克利国家实验室物理学家乔治·查普林（George Chapline）并不认为我们会看见这个黑洞，他甚至不相信黑洞真的存在。他曾在2005年接受《自然》期刊采访时表示，“黑洞不存在的概率几乎是百分之百”。在他与诺贝尔物理学奖获得者罗伯特·拉夫林（Robert Laughlin）此前合作研究的基础上，他提出了一套名为“暗能量星”（dark energy stars）的黑洞替代模型。暗能量是指一类弥漫在整个宇宙之中的特殊能量，能够抵抗引力的收缩作用，使时空不断扩张。查普林相信，一颗正在坍缩的恒星中蓄积了巨大能量，足以使恒星中的质子和中子衰变成光子气体和其它基本粒子，同时产生所谓的“真空能量液滴”。这些物质会形成 “凝聚态”的时空，就像气体在一定压力下可以转化为液体一样，这些“凝聚态时空”中含有的暗能量密度远比恒星周围的时空高得多，可以提供足够大的压力，抵挡引力的作用，从而阻止奇点形成。而时空中如果没有奇点，也就不可能存在黑洞。
　　这一观点在天体物理学界几乎无人支持。近10年来，查普林这方面论文的引用次数仅为个位数。而相比之下，他在粒子物理学领域最热门的论文引用次数多达600次以上。但查普林认为，自己“孤独游荡”的日子很快就要结束了，因为事件视界望远镜将提供证据，证明“暗能量星”的确存在。
　　这一理论最早可以追溯到2000年由查普林、拉夫林、埃文·霍尔夫菲尔德（Evan Hohlfeld）和戴维·桑迪亚哥（David Santiago）合著的一篇论文。他们在论文中将时空描述为一种玻色-爱因斯坦凝聚态，即把密度极低的气体冷却到接近绝对零度时产生的一种物质状态。查普林和拉夫林的模型其实就是自然界的量子力学：广义相对论是为了解释时空凝聚态在大尺度上的行为而提出的。该模型中的时空在获得或失去能量时，也会经历物态的转变。还有其他科学家也认为这是一种可行的解释。2009年，几位日本物理学家在论文中提出，“玻色-爱因斯坦凝聚态”是用于类比弯曲时空的量子流体中最具希望的之一。
　　查普林和拉夫林认为，被大多数科学家当做黑洞的坍缩恒星其实可以被描述成时空正在经历物态转变的区域。他们发现，广义相对论在坍缩恒星附近处处适用，唯独在事件视界上不适用，而此处正好是两种不同时空状态的分界线。
　　在查普林等人提出的“凝聚态模型”中，坍缩恒星周围的事件视界不再是物质“有去无回”的分界线，而是一种可以跨越的实体界面。有了这一特征，再加上作为黑洞关键特征的奇点不复存在，与黑洞相关的种种悖论（如信息毁灭悖论）也就不会出现了。拉夫林一直持比较谨慎的态度，不愿在他和查普林原始观点的基础上做过多推断。他认为查普林对暗能量星的探寻不无道理，“但我们对所谓‘黑洞’内部真空状态愿意投入的观测精力有所不同”。拉夫林称，他目前还处于观望状态，直到实验数据透露更多“黑洞”内部状态再做评断，“到时我会针对该话题再写一篇论文。”
　　近年来，查普林一直在与其他几位科学家合作，包括南卡罗来纳大学的帕维尔·马祖尔（Pawel Mazur）和德国莱比锡大学的皮奥特·马瑞茨基（Piotr Marecki），不断改进自己的暗能量星模型。据他总结，暗能量星既不是球形、又不是黑洞那样的扁圆形，而是甜甜圈那样的圆环状。查普林认为，在暗能量星这样不断旋转的致密天体内部，时空凝聚态的量子效应会沿着其自转轴产生巨大的漩涡。由于漩涡内部是空心的（就像水中的漩涡一样），暗能量星中央会形成一个空洞，就像一个无核的苹果。此外，用量子力学建立旋转的超流体液滴模型时，也能观察到类似效果：在旋转的液滴内部也会产生中央漩涡，并且将液滴的形状从球形变为圆环形。
　　查普林认为，这种奇怪的圆环形结构并非暗能量星的缺陷，而是一种有用的特征，可以解释天体物理喷流（即沿着黑洞等致密天体自转轴喷出的高能电离化物质喷流）的起源和形状。他认为暗能量星中存在的一种机制能够比主流理论更好地解释天体物理喷流的形成：能量从黑洞周围的吸积盘中抽离出来，然后集中到沿着黑洞自转轴方向的一条窄带上。查普林认为，落向暗能量星的物质和能量会朝着“甜甜圈孔”飞去，而围绕“甜甜圈孔”旋转的电子则会产生非常强大的磁场，为喷流提供驱动力。
　　据查普林介绍，科学家近期用罗切斯特大学OMEGA激光装置开展了一系列实验工作，利用激光在平面上生成了一个圆环状的激发区域，进而产生了磁化喷流。虽然这些实验的开展与暗能量星无关，但查普林认为它们为自己的理论提供了实验依据，因为按照他的设想，在暗能量星中央的圆孔周围，也会产生这种环状激发现象。他认为这将是证明暗能量星存在的关键。查普林称：“这（种环状结构）最终应该能在事件视界望远镜拍摄的图片上清晰地显现出来。”
　　查普林还指出，暗能量星在光线下不会是完全透明的，物质与光线可以从其中穿行而过。它的内部也不会是一片黑暗，可以透过它看见背后的其它恒星，只不过图像有些扭曲。不过，其他物理学家对这类黑洞替代模型是否能在事件视界望远镜数据中有所体现仍持怀疑态度。意大利国际高等研究学院物理学家拉乌尔·卡尔巴洛·卢比奥（Raul Carballo-Rubio）也提出了自己的黑洞替代模型，名为“半经典相对论恒星”。卡尔巴洛·卢比奥指出：“这些替代模型与黑洞之间的区别可能微乎其微，无法被事件视界望远镜探测到。”
　　查普林计划于今年十二月在美国圣芭芭拉科维利理论物理研究所探讨自己的暗能量星理论。但他表示，就算他的预言得到确认，也不指望一夜之间说服整个科学界。“我估计在接下来几年间，事件视界望远镜的观测结果会令研究人员大大困惑一番。”