黑洞不存在？所謂黑洞其實是「暗能量星」

喬治·查普林認為，事件視界望遠鏡提供的證據將證明黑洞其實是暗能量星。

　　從上往下看，暗能量星的形狀類似一個甜甜圈。查普林認為，圍繞暗能量星中央孔洞周圍旋轉的物質和能量正是在「黑洞」附近觀察到的天體物理噴流的來源。

　　新浪科技訊 北京時間10月17日消息，據國外媒體報道，等到明年年初，我們也許就能一窺銀河系中央超大質量黑洞的真容了。過去幾年間，「事件視界望遠鏡」（一台有效直徑與地球相當的虛擬望遠鏡）一直在觀察人馬座A*星。大多數天體物理學研究人員都認為，該望遠鏡在地球各處拍攝的照片將會揭露該黑洞的真相：我們也許會看見一團明亮的、由光線構成的漩渦，中央則是一片黑色的暗影——也就是事件視界。在事件視界以內的區域，黑洞奇點的引力變得極強，就連光線也無法從中逃脫。

　　但美國勞倫斯·伯克利國家實驗室物理學家喬治·查普林（George Chapline）並不認為我們會看見這個黑洞，他甚至不相信黑洞真的存在。他曾在2005年接受《自然》期刊採訪時表示，「黑洞不存在的概率幾乎是百分之百」。在他與諾貝爾物理學獎獲得者羅伯特·拉夫林（Robert Laughlin）此前合作研究的基礎上，他提出了一套名為「暗能量星」（dark energy stars）的黑洞替代模型。暗能量是指一類瀰漫在整個宇宙之中的特殊能量，能夠抵抗引力的收縮作用，使時空不斷擴張。查普林相信，一顆正在坍縮的恆星中蓄積了巨大能量，足以使恆星中的質子和中子衰變成光子氣體和其它基本粒子，同時產生所謂的「真空能量液滴」。這些物質會形成 「凝聚態」的時空，就像氣體在一定壓力下可以轉化為液體一樣，這些「凝聚態時空」中含有的暗能量密度遠比恆星周圍的時空高得多，可以提供足夠大的壓力，抵擋引力的作用，從而阻止奇點形成。而時空中如果沒有奇點，也就不可能存在黑洞。

　　這一觀點在天體物理學界幾乎無人支持。近10年來，查普林這方面論文的引用次數僅為個位數。而相比之下，他在粒子物理學領域最熱門的論文引用次數多達600次以上。但查普林認為，自己「孤獨遊盪」的日子很快就要結束了，因為事件視界望遠鏡將提供證據，證明「暗能量星」的確存在。

　　這一理論最早可以追溯到2000年由查普林、拉夫林、埃文·霍爾夫菲爾德（Evan Hohlfeld）和戴維·桑迪亞哥（David Santiago）合著的一篇論文。他們在論文中將時空描述為一種玻色-愛因斯坦凝聚態，即把密度極低的氣體冷卻到接近絕對零度時產生的一種物質狀態。查普林和拉夫林的模型其實就是自然界的量子力學：廣義相對論是為了解釋時空凝聚態在大尺度上的行為而提出的。該模型中的時空在獲得或失去能量時，也會經歷物態的轉變。還有其他科學家也認為這是一種可行的解釋。2009年，幾位日本物理學家在論文中提出，「玻色-愛因斯坦凝聚態」是用於類比彎曲時空的量子流體中最具希望的之一。

　　查普林和拉夫林認為，被大多數科學家當做黑洞的坍縮恆星其實可以被描述成時空正在經歷物態轉變的區域。他們發現，廣義相對論在坍縮恆星附近處處適用，唯獨在事件視界上不適用，而此處正好是兩種不同時空狀態的分界線。

　　在查普林等人提出的「凝聚態模型」中，坍縮恆星周圍的事件視界不再是物質「有去無回」的分界線，而是一種可以跨越的實體界面。有了這一特徵，再加上作為黑洞關鍵特徵的奇點不復存在，與黑洞相關的種種悖論（如信息毀滅悖論）也就不會出現了。拉夫林一直持比較謹慎的態度，不願在他和查普林原始觀點的基礎上做過多推斷。他認為查普林對暗能量星的探尋不無道理，「但我們對所謂『黑洞』內部真空狀態願意投入的觀測精力有所不同」。拉夫林稱，他目前還處於觀望狀態，直到實驗數據透露更多「黑洞」內部狀態再做評斷，「到時我會針對該話題再寫一篇論文。」

　　近年來，查普林一直在與其他幾位科學家合作，包括南卡羅來納大學的帕維爾·馬祖爾（Pawel Mazur）和德國萊比錫大學的皮奧特·馬瑞茨基（Piotr Marecki），不斷改進自己的暗能量星模型。據他總結，暗能量星既不是球形、又不是黑洞那樣的扁圓形，而是甜甜圈那樣的圓環狀。查普林認為，在暗能量星這樣不斷旋轉的緻密天體內部，時空凝聚態的量子效應會沿著其自轉軸產生巨大的漩渦。由於漩渦內部是空心的（就像水中的漩渦一樣），暗能量星中央會形成一個空洞，就像一個無核的蘋果。此外，用量子力學建立旋轉的超流體液滴模型時，也能觀察到類似效果：在旋轉的液滴內部也會產生中央漩渦，並且將液滴的形狀從球形變為圓環形。

　　查普林認為，這種奇怪的圓環形結構並非暗能量星的缺陷，而是一種有用的特徵，可以解釋天體物理噴流（即沿著黑洞等緻密天體自轉軸噴出的高能電離化物質噴流）的起源和形狀。他認為暗能量星中存在的一種機制能夠比主流理論更好地解釋天體物理噴流的形成：能量從黑洞周圍的吸積盤中抽離出來，然後集中到沿著黑洞自轉軸方向的一條窄帶上。查普林認為，落向暗能量星的物質和能量會朝著「甜甜圈孔」飛去，而圍繞「甜甜圈孔」旋轉的電子則會產生非常強大的磁場，為噴流提供驅動力。

　　據查普林介紹，科學家近期用羅切斯特大學OMEGA激光裝置開展了一系列實驗工作，利用激光在平面上生成了一個圓環狀的激發區域，進而產生了磁化噴流。雖然這些實驗的開展與暗能量星無關，但查普林認為它們為自己的理論提供了實驗依據，因為按照他的設想，在暗能量星中央的圓孔周圍，也會產生這種環狀激發現象。他認為這將是證明暗能量星存在的關鍵。查普林稱：「這（種環狀結構）最終應該能在事件視界望遠鏡拍攝的圖片上清晰地顯現出來。」

　　查普林還指出，暗能量星在光線下不會是完全透明的，物質與光線可以從其中穿行而過。它的內部也不會是一片黑暗，可以透過它看見背後的其它恆星，只不過圖像有些扭曲。不過，其他物理學家對這類黑洞替代模型是否能在事件視界望遠鏡數據中有所體現仍持懷疑態度。義大利國際高等研究學院物理學家拉烏爾·卡爾巴洛·盧比奧（Raul Carballo-Rubio）也提出了自己的黑洞替代模型，名為「半經典相對論恆星」。卡爾巴洛·盧比奧指出：「這些替代模型與黑洞之間的區別可能微乎其微，無法被事件視界望遠鏡探測到。」

　　查普林計劃於今年十二月在美國聖芭芭拉科維利理論物理研究所探討自己的暗能量星理論。但他表示，就算他的預言得到確認，也不指望一夜之間說服整個科學界。「我估計在接下來幾年間，事件視界望遠鏡的觀測結果會令研究人員大大困惑一番。」（葉子）

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