哈佛天文学院院长：毁坏现有物理定律的“裸奇点”，我们可能已经探测到了？

超大量量黑洞模仿图（图片来源：NASA, ESA, and D. Coe, J. Anderson, and R. van der Marel (STScI)）

黑洞中心有一个奇点，那里时空曲率极大，已知的物理定律遍及失效。但若是奇点并未被囚禁在黑洞内部，那些“裸奇点”就可能对外面的世界产生无法预测的影响。过去一些理论试图躲避裸奇点的存在，但在那篇文章中，哈佛大学天文学院院长，哈佛大学黑洞方案的开创人Avi Loeb却提出，我们可能已经探测到了裸奇点，只是没有意识到。或许将来的理论会允许裸奇点的存在。

撰文：亚伯拉罕·洛布（Abraham Loeb)

翻译：张二七

黑洞四周连光都无法逃逸的区域被称为事务视界。就像那句关于拉斯维加斯的俚语（在拉斯维加斯发作的，城市留在拉斯维加斯，whatever happens in Vegas stays in Vegas）一样，在事务视界之内发作的工作，也会留在事务视界之内，任何光、物量或是信息都无法从此逃脱。

黑洞的事务视界不只困住了那些信息，还制止了宇宙中物理定律普遍失效的情况呈现。所有进入黑洞的物量的最末归宿都是奇点，在那里，时空曲率极大，爱因斯坦广义相对论方程失效。幸运的是，事务视界“包住”了奇点，从而将我们所在的宇宙空间与其分离隔来。因而，虽然现有理论仍无法解释奇点处发作了什么，进入黑洞的物量去了哪，但那其实不影响我们对事务视界之外的宇宙的认知。

但是，有没有可能存在不被视界包裹的，“赤裸”的奇点——“裸奇点”呢。若是裸奇点实的存在，那么在我们所处的时空中，现有的物理定律也将失效，我们将失去操纵广义相对论预测将来事务的才能。

为了制止那一大危机，物理学家罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）在1969年提出了宇宙监视理论（the cosmic censorship hypothesis），那一理论揣测，宇宙中存在一位“监视”，它制止裸奇点的呈现。若是那一理论成立，那么那些广义相对论失效的区域就都被限造住了，在那些区域之外，广义相对论仍然有效。

不外，宇宙监视的存在实的是需要的吗？我们晓得，爱因斯坦的广义相对论方程组存在缺陷，它贫乏了现代量子力学中的一个重要变量。固然目前仍然贫乏完好的量子引力理论，但将来那个理论或许就可以处理奇点的问题，从而供给一个能够解释整个时空的理论。在那个理论中，也许其实不需要宇宙监视的存在。

事实上，我们目前已经得到了一个有力线索，证明很可能确实存在如许一个理论。1974年，斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）做出了一项严重预言：黑洞会蒸发。按照量子理论，成对的“虚粒子”随时随地都有可能呈现。凡是情况下，如许一对由正反粒子构成的虚粒子对会敏捷湮灭，但若是虚粒子对产生在视界边沿附近，或许会招致一个粒子呈现在视界内，另一个呈现在视界外，而外面的阿谁粒子能够带着能量逃逸。粒子的逃逸会让黑洞不竭收缩至彻底消逝，而那些逃逸的粒子也被称为“霍金辐射”。

但如斯一来，正在蒸发的黑洞就是一个裸奇点了——因为事务视界未能完好笼盖那个黑洞。然而，关于那些量量大于三个太阳的黑洞，能释放出的霍金辐射太弱了。而关于一些在宇宙初期降生的小量量原初黑洞来说，它们的视界过小，因而已经在漫长的宇宙汗青中蒸发殆尽了。目前，我们尚未探测到黑洞蒸发的证据。

除此之外，数学家和哲学家还在争论，广义相对论中宇宙监视能否应当限造“合理的”时空范畴。与此同时，也有人操纵计算机解爱因斯坦方程组，来寻找极端前提下的裸奇点。

在比来哈佛大学黑洞方案（ Black Hole Initiative）的一场陈述会上，一位哲学家提出，宇宙监视理论是现代广义相对论研究中最令人兴奋的问题。在他演讲完毕后，我只产生了一个问题：“数学和哲学在此争论不行，但天文学家却可以在宇宙中搜索裸奇点的存在。若是我们不雅测到了那些裸奇点，那还需要宇宙监视的存在吗？”

我认为，比拟那些避开裸奇点的理论，我们更应当爱护保重那个找到它们，而且借此摸索新的物理学范畴的时机。当然，就那一点而言，其关键之处在于“裸奇点是什么样子的”，究竟结果我们还其实不晓得谜底。考虑到奇点处极大的时空曲率，裸奇点或许会在一个强大的能量火球内，并会释放高能粒子。我们能否曾不雅测那种火球呢？有没有如许一种可能，我们已经探测到了裸奇点，只是曲解了它的性量，因而没能认出来？

在记录中，一种如许的火球就是伽马射线暴。那一天文现象凡是陪伴着黑洞的构成或是中子星的碰碰，但并未将它与裸奇点联络起来。除此之外的另一种可能还有快速射电暴，不外我们仍不晓得它事实是什么。

我们需要擦亮双眼。若是实能用千里镜探测到裸奇点的话，那将是一个检测弦理论等量子引力理论的绝佳时机。然而问题在于，现有的各类量子引力理论并未预测裸奇点看起来会是怎么样的。因而，不雅测者应当做那一标的目的的领头羊，包罗搜索大爆炸那个裸奇点释放出的引力波，虽然那十分有挑战性。

本文做者：亚伯拉罕·洛布（Abraham Loeb)是哈佛大学天文学院的院长，哈佛大学黑洞方案的兴办负责人，以及哈佛-史密森天体物理中心理论与计算研究所的主任。他次要研究范畴是黑洞、宇宙的将来及外星生命等。

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