中国新闻周刊：磁场挑战黑洞理论，霍金又对了

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　　天文爱好者和物理爱好者大约都不会忘记两年前发生的那个著名故事——2004年7月21日，《时间简史》的作者、英国剑桥大学富有传奇色彩的理论物理学家史蒂芬·霍金，向全世界宣布，他推翻了自己原先的黑洞理论，新的理论认为因果律在黑洞中依然有效，并非如自己30年来所坚持的那样，所有物质在进入黑洞之后就把自己所携带的信息全部丢失了。

　　现在，或许我们该为霍金感到庆幸：科学家新的观测结果很可能意味着，现有的黑洞理论需要修改，而修改的结果更可能偏向于霍金两年前给出的新理论。

　　磁场挑战黑洞理论

　　依然还是北半球处于盛暑的7月底。来自美国马萨诸塞州的哈佛-史密森天体物理学研究中心的科学家们宣布，他们通过观测距离银河系90亿光年之外的一个类星体(编号为Q0957+561)发现，该类星体拥有强大的磁场，这与科学界普遍认同的黑洞基本理论很不相符——原先的黑洞理论认为，黑洞是没有磁场的。

　　这是多年来科学家首次依据天文观测结果对黑洞理论提出疑问。黑洞理论最早于1784年由一名英国地质学家提出，但直到80年前爱因斯坦建立起广义相对论之后，黑洞这一概念才正式列入现代科学的理论框架。而近一二十年来，借助于哈勃太空望远镜等观测工具，天文学家确实观测到了它存在的迹象(由于黑洞吸引力太大，以至于光线也不能逃逸，科学家的观测只能是间接的)，尤其是星系和类星体中心的大黑洞。

　　而哈佛-史密森天体物理学研究中心的科学家们动用14部天文望远镜，对类星体Q0957+561进行前所未有的全面观察，通过分析其光谱，深入探测了其内部结构。他们发现，该类星体的中央有一圈碟形物质(类同于先前在黑洞周围已经观察到的吸积盘)，宽度相当于地球与太阳距离的4000倍。他们相信，那个碟形物是由一个强力磁场喷发出大量物质形成的，其中有许多等离子形成的奇特圆球体。如果按照原先理论所描述的，该类星体的中央根本就不是一个黑洞，而应该被称为是一个“磁场急剧收缩体”(MECO)。

　　黑洞并非奇点？

　　一些科学家根据新的观察结果认为，黑洞理论需要修正。而全球更多的大众、科普类媒体则干脆把科学家的观点描述为：宇宙间根本不存在黑洞。

　　“事实的真相就是我们仍然在研究黑洞。”哈佛-史密森天体物理学研究中心的公共事务主管大卫·阿圭拉告诉本刊记者，“我们中的一些科学家认为，已经有一些迹象表明黑洞的存在，而另外一些科学家仍然在寻找其他证据。而我不敢确定。人们把黑洞的存在当作理所当然的事情，但因为我们至今无法靠近一个实例，我只能说科学家们仍然在研究黑洞这种现象，其中很多人认为，我们一直所寻求的这种解释是完全正确的。”

　　部分研究者认为应该对黑洞进行全新的解释：当某个天体变得足够密实和炽热时，其中的亚原子微粒就开始被破坏，这会导致大量的辐射产生。而引发这一事件的外部压力也开始停止作用，这样该天体就变成了一颗炽热的、类似等离子体的火球，而不会坍缩成原先黑洞理论描绘的那种状态。

　　这样的解释，实际上已经与原先的黑洞理论相差甚远。“在传统理论中，黑洞，也即所谓的奇点，是没有时间和空间存在的封闭状态。奇点没有体积，没有固定的位置。在新理论中，黑洞由不同类型的粒子组成，它是可以被测量的，而并不是像通常所认为的，黑洞是无法测量的奇点。”大卫·阿圭拉说。

　　而中国国家天文台的李竞研究员则认为，新的观测结果如果最终被确定，也仅仅只能证明，宇宙间存在周围有磁层的黑洞，并不能说明所有其他黑洞都会这样。“人们已经成功观测到的星系中心大黑洞，其性质的描述未必能因此被彻底改变。”

　　霍金该笑了

　　欧洲和美国的一些科普读物在报道这一发现时使用了“超越爱因斯坦”这样的标题。实际上，黑洞尽管是广义相对论的一个著名的预言，但修正黑洞理论已经不是第一次了。最著名的，莫过于“霍金辐射”——更早的黑洞理论中，物质在黑洞面前是“只进不出”的，而霍金用纯理论方法推导出，黑洞是有辐射的，即他在《时间简史》中所谓的“黑洞不黑”。

　　新的发现看来也还不至于对相对论构成什么威胁。“新理论与广义相对论的时空观会有不同，但是也没有什么不妥。”阿圭拉说，“因为爱因斯坦的相对论留下了很多需要后人去证明的地方，这也是全世界许多国家包括中国科学家们一直在努力进行研究和探索的方面。为了不断完善爱因斯坦的理论，需要这个正在进行中的长远过程。”

　　而霍金现在一定会窃喜自己两年前的明智举动。“如果黑洞周围还存在磁场，那么，掉落黑洞的物质把含有的信息遗留在磁场中是有可能的，”李竞研究员说，如果真的这样，这就证明“信息守恒定律”在黑洞里没有失效——这是霍金两年前才否定自我而确定的理论。

　　结果有待检验

　　“史密森天体物理学研究中心的权威性是没有什么问题的，”李竞说，“何况，这样的结果公布后，全球其他观测天文学家马上可以对它进行验证，他们应该在比较有把握的情况下才敢公开自己的结论。”

　　但还是有人对这次观察的结果提出质疑。来自美国马里兰大学的天体物理学家克里斯·雷诺兹就是其中之一。他认为，研究者观测类星体中心黑洞时，中心的碟状物周围很可能有大量炽热的气体，而他们采用重力透镜技术(当观察者和被观察天体之间存在其它大型天体时，被观察天体发出的光由于受其它大型天体引力作用的影响而发生扭曲，这时观察者看到的被观察天体形状将被放大)几乎不可能看到这些气体——而类星体中心的磁场兴许就来源于这些气体或者是它们的复杂运动。

　　但研究者对自己的这项成果依然有信心。“验证黑洞理论是科学家们一直以来努力挑战的方面，我们现在所做的便是漫长过程中的一部分。”阿圭拉告诉本刊记者，“其他科学家会对这些理论作出检验，我们现在正在等待其他科学家对其进行确认和肯定，或者是推翻它。这便是科学研究的过程。”

　　来源：中国新闻周刊；记者/方玄昌 舒文雯