在今天的物理學(xué)界，黑洞理論似乎已經(jīng)成為被廣泛接受的主流。但著名理論物理學(xué)家、“黑洞理論大師”、英國劍橋大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)與理論物理學(xué)系終身教授斯蒂芬·霍金日前卻修正了自己的黑洞理論。

　　美國宇航局錢德拉X射線天文臺觀測到在銀河系的中心有一個巨大的黑洞，取名人馬座A。在過去的幾年里，通過間歇性觀測，錢德拉曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)來自人馬座A的X射線光斑。一項新的研究表明，錢德拉X射線捕獲到的光斑可能是掉入銀河系巨大黑洞的小行星。如果上面的設(shè)想得到證實的話，將意味著黑洞周圍存在著百萬億的小行星和彗星。

　　黑洞，無法看到的神秘天體

　　在現(xiàn)代廣義相對論中，黑洞是宇宙空間內(nèi)存在的一種密度無限大、時空曲率無限高、體積無限小的奇異天體。它是由質(zhì)量足夠大的恒星在核聚變反應(yīng)的燃料耗盡而死亡后，發(fā)生自身引力坍縮而產(chǎn)生的。由于它類似熱力學(xué)上完全不反射光線的黑體，被著名的美國理論物理學(xué)家約翰·惠勒稱之為“黑洞”，并沿用至今。

　　與別的天體相比，黑洞十分特殊。它的質(zhì)量極其巨大，而體積卻十分微小。它可以產(chǎn)生的巨大的引力，任何物質(zhì)一旦進入到它的引力臨界點（即黑洞的邊界，也叫黑洞視界），便再無法逃脫，就連傳播速度最快的光也逃逸不出。因此，人們無法直接觀察到黑洞，科學(xué)家也只能對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)提出各種理論猜想。

　　科學(xué)家們認為，黑洞把自己隱藏起來的“武器”是時空彎曲。根據(jù)廣義相對論，時空會在引力場作用下發(fā)生彎曲。這時候，光雖然仍然沿著任意兩點間的最短光程傳播，但相對而言，它已經(jīng)彎曲。在經(jīng)過大密度的天體時，時空會彎曲，光也就偏離了原來的方向。由于黑洞的存在，被它擋著的恒星發(fā)出的光，有一部分會落入黑洞中而消失，但另一部分光線則會通過彎曲的時空，繞過黑洞而到達地球——也就是說，我們只能觀察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一樣，這就是黑洞的“隱身術(shù)”。

　　更有趣的是，有些恒星不僅是朝著地球發(fā)出的光能直接到達地球，它朝其他方向發(fā)射的光也可能被附近黑洞的強引力場彎曲而能到達地球。這樣，我們就不僅能看見這顆恒星的“臉”，還同時看到它的“側(cè)面”，甚至“后背”，這就是宇宙中的“引力透鏡效應(yīng)”。

　　量子力學(xué)讓黑洞的存在變得“可疑”

　　霍金是現(xiàn)代黑洞理論的創(chuàng)立者之一，也是現(xiàn)代最著名的理論物理學(xué)家。1974年，他考查了黑洞附近的量子效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)黑洞會像天體一樣發(fā)出輻射，該輻射被命名為“霍金輻射”�！盎艚疠椛洹钡臏囟群妥约旱馁|(zhì)量成反比——這樣，黑洞就會因為輻射而慢慢變小，而溫度卻越變越高，最后以爆炸告終。

　　1976年，霍金提出了著名的“黑洞信息悖論”，即黑洞輻射中并不包括黑洞內(nèi)部物質(zhì)的任何信息，一旦這個黑洞濃縮并蒸發(fā)消失后，黑洞內(nèi)部的信息也就不知去向。在《時間簡史——從大爆炸到黑洞》、《黑洞、嬰兒宇宙及其他》和《果殼中的宇宙》中，霍金都曾詳細論述了黑洞。

　　然而量子物理學(xué)的發(fā)展，讓黑洞的存在變得“可疑”�，F(xiàn)代量子物理學(xué)認定物質(zhì)信息是永遠不會完全消失的，這就與霍金提出的黑洞理論存在相悖之處。

　　其實，霍金也一直在思考黑洞是否存在。他在《時間簡史》中曾寫到，他曾擔(dān)心黑洞可能只是理論上的概念，而現(xiàn)實中根本不存在。為了解決這個問題，霍金曾試圖以各種推測來解釋其這一自相矛盾的觀點。他曾表示，黑洞中的量子運動是一種特殊情況；由于黑洞中的引力非常強烈，量子力學(xué)在此時已經(jīng)不再適用了。但這種說法并沒有讓科學(xué)界眾多持懷疑態(tài)度學(xué)者信服。

　　2004年，霍金推翻了自己的論述：在他提交于“第17屆國際廣義相對論和萬有引力大會”的論文中，他坦誠“黑洞信息悖論”是錯誤的，黑洞同樣遵守宇宙普遍規(guī)律，是信息守恒的。此外，霍金還證明了黑洞的面積定理，即隨著時間的增加，黑洞的面積不減。

　　在今年1月22日，72歲的霍金再次震驚了國際物理學(xué)界。他在當天提交給美國康奈爾大學(xué)的一篇論文中，提出了一個新的關(guān)于黑洞視界的解釋，并嘗試解決“黑洞信息悖論”。這篇尚未通過同行評議的論文有個生澀的題目：《黑洞的信息保存與氣象預(yù)報》（Information Preservation and Weather Forecasting For Black Holes）。在這篇論文中，霍金指出由于找不到黑洞的確切視界，因此經(jīng)典理論上的黑洞是不存在的。

　　霍金說，物質(zhì)和能量在被黑洞困住一段時間后，又會被重新釋放到宇宙中。他在論文中承認自己最初有關(guān)黑洞視界的認識是有缺陷的——光線其實是可以穿越視界的。當光線逃離黑洞的核心“奇點”時，它的運動就像人在跑步機上奔跑一樣，慢慢地通過向外輻射而收縮。這與量子力學(xué)理論表明能量和信息是可以從黑洞中逃離出來的有了共通之處。

　　在這篇最新論文中，霍金既沒有放棄相對論，也沒有放棄量子力學(xué)。他提出，黑洞附近的量子效應(yīng)使得時空漲落極其猛烈，因此不可能存在一條絕對清晰的分界線，也就不存在一落進去就再也逃不出來的所謂“事件視界”。取而代之的是，霍金提出了一個被稱為“表面視界”的全新概念。在這個視界的表面，企圖逃離黑洞核心奇點的光線，將被懸浮。信息只是暫時被囚禁在其中，終有一天，隨著“表面視界”的消失，被囚禁的信息會以另一種幾乎無法辨認的方式被釋放出來。假如霍金的這一最新理論未來被證明是正確的，那么原則上來說，一切物質(zhì)最終都可以逃離黑洞，于是嚴格的傳統(tǒng)意義上的黑洞也就不復(fù)存在了。不過，霍金在論文中并沒有具體說明“表面視界”會怎樣消失。

　　霍金的黑洞賭局

　　從支持到否定，這并不是一個簡單的過程。或許我們可以從霍金輸?shù)舻哪侨龍鲋膶W(xué)術(shù)賭局中，看到霍金轉(zhuǎn)變的端倪。

　　第一場賭局，他堅信黑洞是存在的。1975年，他與美國理論物理學(xué)家、加州理工學(xué)院教授基普·索恩開賭：黑洞是否存在。兩個人賭的是當時一個最有可能疑似為黑洞的天體——天鵝座X-1�；艚鹪凇稌r間簡史》說：“當我們1975年打賭時，我們80%肯定天鵝座X-1是黑洞，現(xiàn)在我會說有95%肯定，但這場賭局仍未有結(jié)果。”但不久以后——1990年，霍金就很“傷心”地認輸了。

　　第二場賭局，霍金和索恩站在了同一陣線。1991年，霍金和索恩與美國理論物理學(xué)家、加州理工學(xué)院教授約翰·普雷斯基對賭。當時的命題是，“裸奇點”是否存在�！捌纥c”，又稱“奇異點”，即時空具有無限曲率的一點，時空在該處開始、在該處完結(jié)。理論上說，奇點應(yīng)該被黑洞圍繞，但是否存在沒被黑洞包圍的“裸奇點”呢？霍金與索恩認為裸奇點并不存在，而普雷斯基卻認為是存在的。雙方約定，誰輸了就要向?qū)Ψ剿蜕弦患䦟懼斪盅鄣腡恤衫。

　　這場賭局，霍金也輸了。后來的研究證明黑洞經(jīng)過“霍金蒸發(fā)”之后可能保留一個裸奇點——1997年美國德克薩斯大學(xué)的科學(xué)家利用超級計算機證明了黑洞坍塌的時候，在非常特別的條件下，存在裸奇點。這位大學(xué)理學(xué)家可愛的在文字上耍賴，他說，裸奇點是由于量子過程產(chǎn)生的，而不是賭約上描述的、由于廣義相對論形成的。但是，霍金修正了他的理論，指出裸奇點有可能存在。

　　輸了賭局的霍金立即要求與普雷斯基再賭一場。他和索恩指出，任何物質(zhì)掉進黑洞后都將消失，黑洞中產(chǎn)生的輻射是全新制造的，與掉進黑洞中的物質(zhì)無關(guān)。然而這一項命題違反了量子力學(xué)——也就是說，若命題正確，量子力學(xué)或要重寫。這一場，霍金又輸了。2004年，霍金在出席學(xué)術(shù)研討會時認輸，向?qū)Ψ劫r上《完全棒球——終極棒球百科全書》。

　　黑洞或許并不存在——這可能是霍金最新的賭局。

　　對于這個理論，一些科學(xué)家表示認可，也有人持懷疑態(tài)度。加拿大阿爾伯塔大學(xué)的理論物理學(xué)家、黑洞專家唐·佩吉教授認為霍金的解釋很合乎情理。但加州大學(xué)圣塔巴巴拉分�？ǚ蛄⒗碚撐锢硌芯克睦碚撐锢韺W(xué)家約瑟夫·波爾欽斯基教授則指出，根據(jù)愛因斯坦的重力理論，黑洞的邊界是存在的，只是它與宇宙其他部分的區(qū)別并不明顯。而霍金的前學(xué)生、加州大學(xué)伯克利分校的理論物理學(xué)家、物理學(xué)系教授拉爾夫·伯索也對此有所保留。

　　這一研究需要相當長的時間�；艚鹫f，對于這種逃離過程的解釋，需要一個能夠?qū)⒅亓推渌玖Τ晒θ诤系睦碚�。在過去近一百年間，還沒有人能夠提出這一理論�；蛟S正如霍金對著名英國學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志所說，問題的正確解釋仍然是一個謎。