黑洞是正常空间的“液气相变”

王朝科普·作者佚名  2007-03-22
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科技日报讯记者郑千里报道:6月12日,著名理论物理学家、诺贝尔物理学奖得主、美国斯坦福大学教授劳克林(RobertB.Laughlin)在中科院理论物理所作了量子引力方面的演讲,称黑洞是正常空间的“液气相变”。

作为现代物理学的两大支柱,广义相对论和量子力学在引力问题上表现出根本的不相容。如何在旧理论的框架内和框架外解决这一理论上的不自洽成为众多物理学家追寻的目标,而这一问题的解决无疑又会使人们对于自然界本质的理解向前迈进一大步。劳克林在演讲里明确指出:广义相对论和量子引力至少有一个在处理引力塌缩的奇点,即黑洞失效了。那么就需要了解,这两个理论中是哪一个,在多大程度上,以及为什么失效了。劳克林认为黑洞相对于正常空间,就像液体之于气体一样,是两种不同的相,这两种相之间存在着相变,相变的分界面就是黑洞的视界。

劳克林说:在经典物理中,不同的P-V曲线对应于不同的温度;在量子力学中,不同的曲线在对应于不同的哈密顿量。其中有一条临界曲线,这条曲线上且只有一点,在这点压强对体积的斜率为零。容易导出,在这一点,也即在处于临界状态下的液气表面上,声波的传播速度为零。劳克林用一个理想实验来说明这个问题,在一个容器内液体和气体处于临界共存状态,器壁上有一声源,其所发声波由气相向液气交接面传播。按照流体力学,声速逐渐变慢,至表面处减小到零,于是我们看到,声波在液体表面处堆积而无法透入液体内部。这显然不符合事实,实际的情况是声波会以较低频率向各个方向散射开来。这种现象经典的流体力学无法解释,而需要求助于量子力学。

劳克林指出,光线通过黑洞表面时发生的现象与此类似,譬如一颗超新星辐射出的伽马射线被黑洞俘虏,而黑洞进而会辐射X线。这两种物理现象的对应使人联想到描述它们的理论手法的对应,这里广义相对论的地位就相当于经典的流体力学。正如流体理论在处理临界状态的流体无能为力一样,广义相对论在黑洞视界这一点是失效了。

劳克林说上述观点还只是一个“猜想”,正确与否要接受实验的检验。因为物理学是一门实验科学。有幸聆听演讲的研究人员认为,劳克林演讲中的这一观点带有全新的视角,物理学需要的正是这种新的思想来保持其活力。劳克林扎实的知识功底,对科学各个领域的谙熟和深刻理解及对实验的关注和重视,平实而又妙趣横生的谈吐,给与会者不小的震动和启发。

据悉,劳克林教授是在投影仪上用手书的方式,对与中科院理论物理所的研究生进行这一别开生面的授课的,会后他又与该所的研究生进行了对话。

 
 
 
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