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(xué)家有關(guān)引力和量子力學(xué)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(xué)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(xué)家認為，所有關(guān)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(xué)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(xué)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(yù)測強引力在極其微觀尺度上的表現(xiàn)。

不幸的是，目前科學(xué)家有關(guān)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(guān)論文發(fā)表在今年5月份的他們在5月份發(fā)表在預(yù)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(guān)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(lǐng)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(xué)家解釋黑洞這種宇宙中最復(fù)雜的場景。(辰辰)

關(guān)鍵詞： 黑洞蒸發(fā)后是啥樣 黑洞蒸發(fā) 人類理論 人類理論殘塊