黑洞火墙可能太热而无法燃烧？

弦论学家想通过熄灭围绕黑洞的火墙来消除黑洞悖论问题。尽管爱因斯坦描述黑洞能扭曲时空，但它看起来却很简单，小孩子都能画出来。黑洞中心处有一个点，远一点的地方是个完美的球面边界，结构就是这样简单。这个无限致密、不可思议的小点——奇点，扭曲的空间如此巨大，以至于在它附近的任何东西都会直接掉入其中，而后留下成为真空。球形边界标志着事件视界，即真空和宇宙其余部分之间的不可返回点。但根据爱因斯坦的引力理论，如果宇航员不幸地穿越视界时，并不会立即注意到视界。

修正后的提议将用弦球取代黑洞。图片：John Kieltyka

俄亥俄州立大学物理学家萨米尔·马瑟说：这就像窗外的地平线，如果你真的走过去，会发现什么都没有。由四名物理学家组成的研究小组首先接受了斯蒂芬·霍金提出关于落入黑洞的物质会发生什么变化的难题，并将其颠倒过来。他们没有坚持让宇航员通过视界，而是优先考虑量子力学的一个关键假设：信息像物质和能量一样，永远不能被摧毁。这一变化最终推动了视界从数学边界向物理目标转变，他们将其生动地命名为“火之墙”。

加州大学圣巴巴拉分校物理学家唐纳德·马洛夫是四位合作者之一，这一争论在理论物理学界引起了轩然大波，就好像制图家们认为地球赤道实际上是一堵红砖砌成的墙，而不是地图上虚构的一条线。然而边界上的结构并没有让马瑟感到震惊，十多年来他一直认为黑洞实际上是一个弦球(从弦理论)，而且有炙热、模糊的表面，当你离它越来越近的时候，温度就会越来越高，这就是它为什么会燃烧。近年来，马瑟一直在完善关于“模糊球”的描述，他最近的计算带来了些许好消息。

图片：Olena Shmahalo/Quanta Magazine

当把弦理论取代粒子应用到密度极高的物体上时，模糊球就会随之出现。给粒子充能，它只能加速运动，但是弦会伸展和膨胀。把这种扩展能力与假设额外维度的附加灵活性相结合，当足够多的弦进入到一个小空间时，弦就会开始松动，而后它们会形成一个模糊球，从远处看就像一个普通黑洞，它的大小(对于给定的质量)与黑洞相差无几，并且发出的“霍金辐射”与所有黑洞发出的“霍金辐射”一模一样。微凹凸不平的表面改变了它发射粒子的方式，并决定了霍金信息之谜。它更像是一颗行星，将其他任何东西从那个表面放射出来。

马瑟的新研究延续了2014年的观点，该观点提出了一个问题：如果掉到一个超大质量的模糊球上，会发生什么事？在这种情况下，引力可以支配一切。假设存在这个约束条件，马瑟和其合作者发现进入其中的粒子几乎没有任何机会撞向一个向外发射的霍金辐射粒子。模糊球的表面温度很高但它吸收新物质方式阻止了任何物体靠近到足以燃烧的程度，所以应该能够到达其表面。马洛夫回应中等大小的模糊球仍然可以用其他方式炙烤。

它不会以那么快的速度将其拖入其中，在低能量碰撞中，重力以外的力量也能使受到浅层灼伤。马瑟的研究小组最近对在《高能物理学》上发表的新计算方法进行了更详细的研究。得出结论：对于一个中等质量、大小近似于太阳的模糊球来说，粒子撞击辐射粒子的总概率比以前略高，但仍然接近于零。研究表明，在燃烧之前，必须将模糊球缩小到比纳米级小1000倍。粒子或多或少可以完整到达模糊球表面，但仍然要面临致命的拉伸。这个理论最终甚至可能复原爱因斯坦设想画面，即穿越边界的平滑通道，尽管它是一种扭曲的形式。

可能还有这样一种情况出现，在水面上撞击前进，同时感觉自己好像在穿过空地。如果你跳到模糊球上方，就会被分裂成小弦。通常认为粒子开始分裂时，粒子就不再是粒子了。然而在弦理论中，一种奇怪的二元性使粒子的弦以一种有序方式分散在模糊球上，这样既保留了它们之间的联系，如果仔细观察弦在做什么，你会发现它们实际上在一个非常连贯的球里扩散。这个模型完全依赖于一个没有实验证据的数学框架——弦理论。更重要的是，即使是弦理论也无法处理模糊球的混乱。

英国南安普敦大学的弦理论学家玛丽卡·泰勒说：物理学家们关注的是一些非自然例子，比如有高度组织、极端特征的极寒物体。马瑟的计算是探索性的，是从简单模型的共同特征中得出的近似概括。下一步是从弦的角度来描述模糊球表面的理论。尽管如此，她还是同意从弦论的角度来看，热火墙的想法总很可疑。就好像你突然从‘我非常开心’转变为‘哦，我的天啊，我彻底完蛋了’这让人难以接受。马瑟的黑洞模型只是解决霍金难题的众多策略之一，并不能保证任何认都能有由此找到正确答案，也许现实世界比我们想像的还要疯狂，也许只是我们还难以理解。

阅读原文进入可下载iOS或安卓App：博科园