「黑客帝國」的黑洞如何在引力輻射中消亡？

黑洞是已知的宇宙中生命周期最長的天體，但也不是生命永恆的物體，「萬壽無疆」的天體在宇宙中似乎並不存在，黑洞的生命力再強也強不過自然辯證法的力量，這也是我們對自然哲學的研究充滿敬意的原因所在。我們已經知道黑洞的一條死亡路徑，它會在漫長的「霍金輻射」過程中走向死亡，「霍金輻射」與電磁輻射有關，又不完全屬於電磁輻射。斯蒂芬·霍金在1972年建立了「黑洞輻射」的物理數學模型，用以說明黑洞質量的損失如何導致黑洞蒸發的現象。霍金輻射是一種黑體輻射，根據海森堡的不確定性原理，在真空的環境中會在瞬間憑空產生一對正反虛粒子，然後瞬間湮滅，以符合能量的守恆定律，這種「真空漲落」現象在黑洞視界以外也不例外，斯蒂芬·霍金推想，如果在黑洞視界以外產生了虛粒子對，其中一個被吸引進去，而另一個逃逸了，那麼逃逸的粒子獲得了能量，不需要跟其相反的粒子發生湮滅作用，可以逃逸到無限遠，在外界看來，這就像黑洞發射粒子一樣。霍金的這一猜想以後得到了初步的證實，只是未得到徹底的驗證。由於「霍金輻射」向外帶去能量，所以相當於吸收了一部分黑洞的能量，黑洞的質量會漸漸變小，甚至完全消失。

現在，隨著引力波發現的消息和科學家「孜孜不倦」的解釋在各路媒體上廣泛傳播，我們漸漸知道了黑洞死亡的「第二條路徑」，也就是物體的相互作用通過引力波傳播的途徑，黑洞同樣會在漫長的「引力輻射」過程走向死亡。2016年2月11日，LIGO國際合作團隊的科學家宣布，人類首次直接探測到了引力波。基於觀測到的引力波信號，LIGO的科學家們估算，兩個併合黑洞的質量大約分別是太陽質量的29和36倍，併合發生在13億年前。根據愛因斯坦的廣義相對論，這對黑洞在相互繞轉過程中通過引力波輻射而損失能量，這一過程持續數十億年，兩者逐漸靠近，過程的最後幾分鐘快速演化，大約3倍於太陽質量的物質在短短1秒之內被轉化成引力波，以超強爆發的形式輻射出去。相應的轉化能量可以根據愛因斯坦的質能公式E=MC2計算出來，爆發的能量極其巨大，兩個黑洞發生超高速的碰撞，合併成一個質量更大的黑洞。輻射的引力波經過漫長13億年的旅行，到達了地球上的探測器，LIGO項目的科學家根據引力波物理學開發了物理數學模型，計算了此次引力波事件的各項物理參數，包括兩個黑洞在合併中損失的質量。

根據物理學家的解釋，當雙黑洞合併成一個黑洞時，它的質量小於兩個併合前的之和，損失的質量以引力輻射的形式被釋放了，這些「時空漣漪」的引力波攜帶的能量等於3個太陽質量，相當於它們的百分之五的質量轉化成了能量，而宇宙中最強噴發的伽馬射線暴一般釋放了幾千分之一太陽質量所相當的能量。除了此次LIGO的科學家檢測到引力輻射信號以外，科學家以前在對中子星信號的搜索中也檢測到了引力波輻射，1974年馬薩諸塞大學阿默斯特分校的羅素·胡爾斯和約瑟夫·泰勒發現了脈衝雙星，雙星系包含了兩個中子星，它們同樣在互相繞轉的同時逐漸接近，兩位科學家認為在這種相互靠近的過程中，中子星能量的損耗會以引力波的形式輻射出去，他們的這一發現榮獲1993年的諾貝爾物理學獎。科學家普遍認為，兩位科學家只能算是間接地證實了引力波的存在，而LIGO科學家對引力波的發現才是真正意義上的直接檢測。根據物理學家的解釋，由於引力波攜帶的能量很小，強度很弱，物質對引力波的吸收率又極低，因此，一般物體產生的引力波，不可能在實驗室被直接探測到。引力波的預言是愛因斯坦在1916年的論文中提出的，但是，引力相互作用極其微弱，對引力波的測量難上加難，愛因斯坦生前多次提過，也許永遠也發現不了引力波。幾乎無法在實驗室實現對引力波的檢測，科學家自然會利用「引力波天文學」來檢測中子星和黑洞在相互作用時釋放的引力波。

根據以上的分析，我們可以給出的判斷是：黑洞（中子星應該一樣）同時在兩種途徑中走向死亡，一種途徑是「霍金輻射」；另一種途徑則是「引力輻射」。由於愛因斯坦在100年前預言了引力波，所以，我們也可以將「引力輻射」稱之為「愛因斯坦輻射」，我們給出的結論就是：黑洞同時在「霍金輻射」和「愛因斯坦輻射」中走向死亡，兩位科學家的輻射理論相當於宣告了黑洞的死亡，用哲學的語言來說，就是沒有什麼永恆的天體，所有的天體都處在從生到死的永恆變化中。絕大多數的網民只能成為公民科學家，所以，我們不知道在黑洞走向死亡的過程中，究竟是「霍金輻射」的力量大？還是「愛因斯坦輻射」的力量大？不知道兩種輻射之間產生什麼相互作用？更不知道存不存在黑洞死亡的「第三條路徑」等等，既然黑洞中的物質損失既可以轉為「霍金輻射」，也可以轉化為「愛因斯坦輻射」，那麼，在「霍金輻射」和「愛因斯坦輻射」之間存不存某種相互轉化的關係？既然「霍金輻射」與電磁輻射以及真空漲落的量子能量有關係，我們可不可以由此判斷，在愛因斯坦的引力輻射和電磁輻射以及量子輻射之間存在某種關聯？可不可以找到物理學家夢寐以求的「大統一理論」的線索、或「玄關」昵？我們給出的推斷、或者預測是：黑洞在兩種輻射方式的作用下走向死亡，似乎暗藏了將引力理論和電磁理論、引力理論和真空能量理論相互結合的可能性，如果我們的推測、或預測是正確的話，那麼，走向死亡的黑洞就給我們留下了難以估計的「科學遺產」，即：物理學家建立大統一理論的設想不是不可能實現的，建立統一理論所需要的「最好實驗室」就在黑洞，進一步研究黑洞的各種輻射也許能夠為我們的物理學家找到想要的答案，

如果物理學家能夠將「霍金輻射」和「引力輻射」（愛因斯坦輻射）結合起來進行研究，進一步探究「引力波物理學」和「黑洞物理學」更深的奧秘，那麼，本作者作為一名公民科學者獲得了一點「心安理得」榮譽感，總算為物理學家提供了一點「哲學服務」，物理學家可以這樣思考問題：既然黑種、或中子星中的質量損失可以轉變為輻射，既可以轉變為「霍金輻射」、也可以轉變為「引力輻射」，在中子星的情形中似乎同時轉變成了電磁輻射和引力輻射，而在黑洞的情形中，似乎有時引力輻射佔據了主要的方面，有時「霍金輻射」佔據了主導地位，黑洞合併時，肯定是引力輻射佔據了主要方面，而在「霍金輻射」的末期，突然發生的黑洞爆炸肯定讓「霍金輻射」佔據了主導地位，也許在黑洞演變最後階段所發生的爆炸中，兩種輻射會合併一起。不論是「霍金輻射」中的能量，還是引力輻射中能量，能量的形式不同，能量的本質是相同的，都是物體損失了質量的結果，因此，大統一的理論應該建立在能量統一的基礎上，能量的統一應該能夠成為廣義相對論和量子力學相結合的基礎。根據以上的分析和推測，本作者建議我們的物理學家將「霍金輻射」和愛因斯坦的「引力輻射」理論體結合起來，發現「一加一大於二」的效應，從中找到「新物理學」的發展路徑，這也是引力波發現和死亡的黑洞給我們帶來的重要啟示。

2016-3-4

（Hawking radiation and gravitational wave radiation can be combined ?）

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