7月20日消息，最近基于弦論的新研究認為，黑洞蒸散后可能會形成人類理論上能接觸到的殘塊，或者說一個不會被事件視界所籠罩的奇點。

自從史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)發(fā)現(xiàn)黑洞會蒸散后，人們就知道黑洞可能會從宇宙中消亡。但目前科學家有關引力和量子力學的見解還不足以描述黑洞生命的最后時刻。

但基于弦論的新研究提出，黑洞死亡后可能會形成人類可以接觸到的殘塊。

霍金輻射的重要性

嚴格意義上說，黑洞并不是完全漆黑的。在愛因斯坦的廣義相對論中，所有物理定律在任何參考系中都取相同形式，在這種情況下的黑洞永遠是漆黑一片，一旦形成就會一直留在那里。但在20世紀70年代，霍金使用量子力學來探索黑洞邊界附近發(fā)生的事情，也就是所謂的視界。

霍金發(fā)現(xiàn)，宇宙的量子場和視界的單向勢壘之間存在奇怪相互作用，為能量提供了一條從黑洞逃逸出去的通道。能量會以緩慢穩(wěn)定的輻射和粒子流從黑洞向外發(fā)散，也就是后來被稱為霍金輻射的粒子流。隨著能量一點點逃逸，黑洞會失去質(zhì)量，從而縮小，最終完全消失。

霍金輻射造成了所謂的黑洞信息悖論。科學家認為，所有關于墜入黑洞的物質(zhì)的信息都會穿過視界。但是霍金輻射本身并不攜帶任何信息。當黑洞最終消失后，內(nèi)部所有的信息都去哪里了呢?

超越愛因斯坦

對物理學家來說，黑洞信息悖論表明人類還沒有理解某些東西。這可能是因為人類不了解量子信息、引力或視界的本質(zhì)。解決黑洞信息悖論的“最簡單”方法就是構(gòu)建一種超越愛因斯坦廣義相對論的新引力理論。

科學家已經(jīng)知道，愛因斯坦的廣義相對論在黑洞中心會失效。黑洞是時空中被稱為奇點的微小孔洞，那里的密度趨于無窮大。正確描述奇點的唯一方法是引入量子引力理論，其能夠正確預測強引力在極其微觀尺度上的表現(xiàn)。

不幸的是，目前科學家有關量子引力的理論見解匱乏。直接觀察奇點固然很好，但根據(jù)廣義相對論的說法，奇點被鎖在黑洞的事件視界后面，人類無法接觸到它們。

但通過研究霍金輻射過程，科學家或許能找到一條接近奇點的捷徑，并了解所發(fā)生的物理現(xiàn)象。當黑洞蒸散時，它們會變得越來越小，視界也會離中心奇點越來越近。在黑洞生命的最后時刻，引力變得極大而黑洞本身變得極小，以至于科學家無法用現(xiàn)有理論正確進行解釋。因此，最好的方法是引入新的引力理論。在新研究中，科學家就是用弦論對廣義相對論進行修正。

裸奇點

這種修正后的理論并不一定能正確替代愛因斯坦的廣義相對論，但可以讓科學家深入研究引力在接近量子極限時會發(fā)生什么。最近，一個理論團隊就使用所謂的愛因斯坦-膨脹-高斯-貝內(nèi)特引力理論(Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet )來研究黑洞蒸散后的最終狀態(tài)，相關論文發(fā)表在今年5月份的他們在5月份發(fā)表在預印本數(shù)據(jù)庫arXiv上。

由于用弦論對廣義相對論進行了修正，其中有大量近似和猜測，研究小組的結(jié)果細節(jié)有些模糊，但總體上描繪出黑洞蒸散后會發(fā)生什么。

愛因斯坦-膨脹-高斯-貝內(nèi)特引力理論的一個關鍵特征是，黑洞有最小質(zhì)量，所以基于此能夠研究出當一個不斷蒸散的黑洞開始達到最小質(zhì)量時會發(fā)生什么。

根據(jù)理論的確切性質(zhì)和黑洞的演化進程，黑洞蒸散過程中會留下一個微小的殘塊。這個殘塊不再有視界，所以理論上人類可以接觸到它。雖然這個殘塊非常奇特，但至少會保留掉入原始黑洞的所有信息，從而解決霍金輻射帶來的黑洞信息悖論。

另一種可能性是，黑洞達到最小質(zhì)量，脫離視界，但仍然有一個奇點。在愛因斯坦的廣義相對論中，這種“裸奇點”似乎并不成立。但如果它們存在，將會為人類打開進入量子引力領域的大門。

目前還不清楚愛因斯坦-膨脹-高斯-貝內(nèi)特引力理論是否是人類通往量子引力的有效路徑。但這種研究有助于物理學家解釋黑洞這種宇宙中最復雜的場景。(辰辰)

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