霍金宣称无黑洞只有“灰洞”：证实了14年前的黑洞佯谬

                          杨学祥

据英国媒体1月24日报道，英国著名科学家斯蒂芬霍金教授再次以其与黑洞有关的理论震惊物理学界。他在日前发表的一篇论文中承认，黑洞其实是不存在的，不过“灰洞”的确存在。

霍金的最新“灰洞”理论认为，物质和能量在被黑洞困住一段时间以后，又会被重新释放到宇宙中。他在论文中承认，自己最初有关视界的认识是有缺陷的，光线其实是可以穿越视界的。当光线逃离黑洞核心时，它的运动就像人在跑步机上奔跑一样，慢慢地通过向外辐射而收缩。

“经典黑洞理论认为，任何物质和辐射都不能逃离黑洞，而量子力学理论表明，能量和信息是可以从黑洞中逃离出来的。”

霍金同时指出，对于这种逃离过程的解释需要一个能够将重力和其他基本力成功融合的理论。在过去近一百年间，物理学界没有人曾试图解释这一过程。

http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2014/1/287959.shtm

事实被非如此。我们在《中国学术期刊文摘》2000年第三期《行星摄动与黑洞佯谬》一文中提出，数学抽象是客观实际的一种近似，数学奇点是这种近似导致的谬误。数学抽象造成的物质隐身术在黑洞理论中得以实现，该理论创造出一个没有形状不占据空间的巨量物质和无穷能量。当某种理论被人们普遍接受时，人们也接受了某些不该接受的东西，这正是新理论的出发点。马克思说得好：谬误构成了科学的阶梯。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-648738.html

http://www.envir.gov.cn/forum/2010/201013444.htm

黑洞可能是宇宙中最危险的地方。根据爱因斯坦的广义相对论学说，它们是如此强大，能够扭曲空间与时间，能够将大量的物质与能量压缩到一个很小的点——奇点，没有任何物质能够从中逃脱，即便是光也没有可能。换句话说，通往黑洞的道路只有单行线。但事实真的如此吗？

通过对量子力学的一个分支——量子引力——进行深入研究，美国宾夕法尼亚州立大学的物理学家Abhay Ashtekar和同事Victor Tavares、Madhavan Varadarajan计算出奇点是不可能存在的。根据相对论，奇点从本质上说是时空结束的边界。在此前提下，没有任何物质能够逃离奇点。但是Ashtekar的研究小组通过复杂的计算证实，奇点的存在是不被量子引力所允许的。这意味着，尽管黑洞的中心可能非常致密，但还不足以永远俘获住所有信息。Ashtekar表示：“量子时空并非终结于一个奇点。”

研究人员在5月20日出版的《物理评论快报》上报告了这一研究成果。这项发现对于量子力学研究而言无疑是一个好消息，这是因为它支持了信息不会永远消失这一理论。但是，对奇点产生的疑问却给相对论带来了麻烦。Ashtekar指出，如果黑洞不是一个奇点，那么由爱因斯坦所描述的时空统一体则只能是一个近似值了。这或许并不是一件坏事。Ashtekar说：“这项研究成果为许多新的解释敞开了一扇大门。它或许将引领物理学研究超越爱因斯坦[1]。”

有学者评论说：中国科学界很少有人敢说出这些话。原因很简单，这种“欺师灭祖”言论会带来塌天大祸，中国人向来是以“顺”为孝，创新无异于把自己放在“炉火上烤”，变为难以继续生存的另类。学生的科学观点必须与老师保持一致吗？如果中国的老师都不允许自己的学生有创新的观点，中国科学就不会有希望。幸好，比隔壁二傻更傻的人大有人在。

争论是科学的生命，没有争论的科学是死亡了的科学，是无法向前发展的。日前，一批美国科学家提出所谓的黑洞根本是子虚乌有的观点，引发激烈讨论。某些科学家甚至认为，这是为传统的黑洞理论敲响的第一声丧钟[2]。俄罗斯科学家伊戈尔-彼得罗维奇-科普洛夫教授则认为，宇宙从未发生过“大爆炸”。根据大爆炸理论，星系连同其它所有的恒星和行星都产生于一个所谓的奇异点。这个奇异点中集中了所有宇宙最原始的物质[3]。与这种永无止境的科学探索精神相对照的是，中国研究生质疑相对论被批为“想当然”，我们提出的“黑洞佯谬”观点长期受到冷落[4]。缺乏创新精神的中国科学面临生死抉择。

我们在《中国学术期刊文摘》2000年第三期《行星摄动与黑洞佯谬》一文中提出，数学抽象是客观实际的一种近似，数学奇点是这种近似导致的谬误。数学抽象造成的物质隐身术在黑洞理论中得以实现，该理论创造出一个没有形状不占据空间的巨量物质和无穷能量。当某种理论被人们普遍接受时，人们也接受了某些不该接受的东西，这正是新理论的出发点[4，5，6]。详细论述见附件2。

马克思说得好：谬误构成了科学的阶梯。

参考文献

1． 群芳。黑洞奇点可能不存在。科学时报新闻中心。发表于2008-5-25 21:12:26科学网。http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=26641

2． 久亮。美科学家称宇宙间不存在黑洞引发激烈讨论。 2006年08月02日14:24 新浪科技http://tech.sina.com.cn/d/2006-08-02/14241067267.shtml

3． 久亮。俄罗斯科学家称宇宙从未发生过大爆炸(图)。2006年07月27日 07:05 新浪科技http://tech.sina.com.cn/d/2006-07-27/07051057345.shtml

4． 杨学祥。行星摄动与黑洞佯谬。中国学术期刊文摘（科技快报）。2000，6（3）：365-367

5． 杨学祥. 双星黑洞数学模型的新证据. 2008-4-27光明网论文发表交流中心。http://www.gmw.cn/03pindao/lunwen/show.asp?id=16471

6． 杨学祥.给“全球变暖说”泼点冷水. 2006-8-30光明网 - 光明观察–学术观点. http://guancha.gmw.cn/show.aspx?id=402

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附件1

来源：中国日报网发布时间：2014-1-26 13:20:40 选择字号：小中大

霍金新论文宣称无黑洞只有“灰洞”

被吞噬物质可释放

据英国媒体1月24日报道，英国著名科学家斯蒂芬霍金教授再次以其与黑洞有关的理论震惊物理学界。他在日前发表的一篇论文中承认，黑洞其实是不存在的，不过“灰洞”的确存在。

在这篇名为《黑洞的信息保存与气象预报》（Information Preservation and Weather Forecasting For Black Holes）的论文中，霍金指出，由于找不到黑洞的边界，因此黑洞是不存在的。黑洞的边界又称“视界”。经典黑洞理论认为，黑洞外的物质和辐射可以通过视界进入黑洞内部，而黑洞内的任何物质和辐射均不能穿出视界。

霍金的最新“灰洞”理论认为，物质和能量在被黑洞困住一段时间以后，又会被重新释放到宇宙中。他在论文中承认，自己最初有关视界的认识是有缺陷的，光线其实是可以穿越视界的。当光线逃离黑洞核心时，它的运动就像人在跑步机上奔跑一样，慢慢地通过向外辐射而收缩。

“经典黑洞理论认为，任何物质和辐射都不能逃离黑洞，而量子力学理论表明，能量和信息是可以从黑洞中逃离出来的。”

霍金同时指出，对于这种逃离过程的解释需要一个能够将重力和其他基本力成功融合的理论。在过去近一百年间，物理学界没有人曾试图解释这一过程。

对于霍金的“灰洞”理论，一些科学家表示认可，但也有人持怀疑态度。美国卡夫立理论物理研究所的理论物理学家约瑟夫波尔钦斯基 (Joseph Polchinski)指出，根据爱因斯坦的重力理论，黑洞的边界是存在的，只是它与宇宙其他部分的区别并不明显。

霍金宣称无黑洞只有“灰洞”被吞噬物质可释放

英国著名科学家斯蒂芬霍金（资料图片）

其实，早在2004年霍金就曾做出过类似表示。当年7月21日，霍金在“第17届国际广义相对论和万有引力大会”上指出，黑洞并非如他和其他大多数物理学家以前认为的那样，对其周遭的一切“完全吞噬”，事实上被吸入黑洞深处的物质的某些信息可能会在某个时候释放出来。

1976年，霍金称自己通过计算得出结论，黑洞在形成过程中其质量减少的同时，还不断在以能量的形式向外界发出辐射。这就是著名的“霍金辐射”理论。但是，该理论提到的黑洞辐射中并不包括黑洞内部物质的任何信息，一旦这个黑洞浓缩并蒸发消失后，其中的所有信息就都随之消失了。这便是所谓的“黑洞悖论”。

这种说法与量子力学的相关理论出现相互矛盾之处。因为现代量子物理学认定这种物质信息是永远不会完全消失的。30多年来，霍金试图以各种推测来解释这一自相矛盾的观点。霍金曾表示，黑洞中量子运动是一种特殊情况，由于黑洞中的引力非常强烈，量子力学在此时已经不再适用了。但是霍金的这种说法并没有让科学界众多持怀疑态度学者信服。

现在看来，霍金终于给了这个当年自相矛盾的观点一个更具有说服力的答案。霍金称，黑洞从来都不会完全关闭自身，它们在一段漫长的时间里逐步向外界辐射出越来越多的热量，随后黑洞将最终开放自己并释放出其中包含的物质信息。（原标题《霍金宣称无黑洞只有“灰洞”被吞噬物质可释放》）

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附件2

双星黑洞数学模型的新证据

杨学祥

(1.吉林大学地球探测科学与技术学院,长春130026; 2.中国科学院国家天文台,北京100012)

关键词: 双星系统, 膨胀与收缩, 物质喷射, 白洞.

1 引言

新浪科技讯北京时间4月25日消息，据英国广播公司报道，美国科学家在《自然》杂志的一份报告中表示，他们已经得出黑洞怎样以接近光速的速度喷发出粒子流的答案。波士顿大学的这个科研组说，这些粒子流起源于黑洞边缘附近的磁场。他们表示，这个区域为喷发的粒子流提供加速度，并将它们集中在一起。尽管事实是我们的银河系中心可能潜伏着一个黑洞，但是天文学家仍然对这些天上的怪物一无所知，黑洞几乎吸空了挡住它们道路的所有东西，甚至包括光。天文学家曾对超大质量黑洞从一个螺旋状物中喷发出等离子流的说法产生怀疑，他们表示，现在他们的研究证明事实确实如此。马斯科尔在一份声明中说：“我们已经对这种喷射的最内部进行了有史以来最深入的研究，粒子正是在这个区域获得加速度的。”密歇根大学的天文学家休·阿莱尔教授参与了这项研究，他表示这些物质加速到接近光速的过程跟喷气发动机的加速过程非常类似。有新闻援引他的话说：“我认为它是通过一种喷嘴聚集到一起的，我们得出了这一点。”然而，英国广播公司的科学通讯记者尼尔·伯德勒表示，尽管科学家取得了这项重大突破，但是他们无法超越所谓的视界(event horizon)进一步揭开黑洞里面隐藏的秘密。这位记者表示，事实上如果这些理论物理学家的观点是正确的，我们将永远都不能看到黑洞内部这些奇怪的现象[1]。

2 双星对称黑洞模型及其时空特征

推演黑洞存在的间接证据是: 一、在星系中心附近，高达10亿个太阳质量的引力使星系运动十分迅速。二、许多星系的中心及双星系统以巨大的速率喷发辐射与物质，它们必定有一个极其有效的能量产生机制。在理论上，密度极大且最有效的发动机就是黑洞[2]。双星对称黑洞模型可以给出相应的物理机制[3，4]。

2.1 互相矛盾的理论推理

    黑洞是宇宙中最能唤起人们想象力的未知天体，它有极大的引力，光逃不出它的引力场，对外界而言，它不仅是黑的，而且是封闭的[5，6]。早在1783年，为了解决宇宙质量缺失问题（暗物质），英国天文学爱好者麦克尔就曾提出宇宙中可能存在这样的天体，到了1916年德国数学家史瓦西研究爱因斯坦的相对论时，提出了著名的史瓦西半径：

                    r_max =2GM/c²                        (2.1)

其中r_max是黑洞的最大半径，也称为视界；G为万有引力常数，M为星体质量，c为光速。星体半径一旦小于r_max，就成为外界看不见的黑洞。后来，为了解释高密度星体喷射能量的现象，英国理论物理学家霍金又提出黑洞不黑，它能辐射出大量能量，因而又称之为热洞。这些研究显然是根据未知天体的某一特征推演出的相互矛盾的理论结果，它们可能统一于某个实际运动着的星系世界中。

2.2 低密度黑洞还是黑的

黑洞未必就是高密度星体，由（2.1）式，可得黑洞密度公式

             ρ =3M/4лr³ =3c⁶/32лG³M²            （2.2）

黑洞密度ρ与质量M²成反比，只要M充分大，ρ就可以充分小。例如，如果宇宙密度在9 ×10^-30~10^-29g/cm³之间，则我们所在的宇宙就是一个正在膨胀中的黑洞[5]。它既不是奇点，又可观测检验，应该是我们研究的起始点。

2.3 暗物质、反物质存在于何处？

正物质与反物质碰撞后湮灭，变为能量，满足质能公式

              E = Mc²                          （2.3.1）

反之，能量变为物质的过程中，是否也同时生成反物质？它们存在于何处？如果它们确实存在，我们就必须寻找观测不到它们的原因。

设宇宙演变过程中能量转变为两个质量同为M且体积相同的正物质星体和反物质星体。它们在万有引力作用下作轨道运动。由修正后的开普勒第三定律和相对论，有[3，4]

        M = M_o/（1-v²/c²）^1/2                    （2.3.2）

        a =2GM/v² = 2GM_o/v²（1- v²/c²）^1/2          （2.3.3）

其中M_o是星体的静止质量，a为星体轨道半径（每个星体到它们公共重心的距离）。数学分析表明，当v< c (2/3)^1/2时, a随v的增加而减少; 当v >c (2/3)^1/2时, a随v的增加而增加。当v = c（2/3）^1/2时，有轨道半径的最小值

          a_min = 3GM/c²=1.5r_max=（27）^1/2GM_o/c²。             （2.3.4）

（2.3.4）式表明，轨道运动中的双星黑洞永远不会碰撞且互不相通，这是正物质世界与反物质世界不会轻易碰撞湮灭的原因。

2.4 宇宙膨胀与收缩的原因

由(2.3.4)式，黑洞运动速度v趋于零，轨道半径a趋于无限大；速度趋于光速c，轨道半径a也趋于无限大。两黑洞之间的距离是在2a_min和无限大之间震荡，轨道速度v是在零和光速c之间变化。根据相对论，由著名的空间收缩性，有

      r = r_o（1-v²/c²）^1/2                         （2.4）

其中r_o是静止时的黑洞半径。显然，v趋于零时，黑洞半径最大，质量最小，因而密度最小；v趋于c时，黑洞半径趋于零，质量趋于无限大，密度也趋于无限大。在黑洞速度由零到接近c的变化中，黑洞体积逐渐收缩，反之，则膨胀。黑洞运动速度变化是其体积变化的原因。过去，人们只考虑了静态的黑洞，所以无法解释许多互相矛盾的天文现象。实际上，由于空间收缩性，宇宙的膨胀与收缩是由宇宙的运动产生的。低密度黑洞可以在运动速度趋于光速c时变为高密度黑洞[3，4]。

2.5 巨大能量产生的原因

    当黑洞速度趋于光速c时，由（2.3.1）、（2.3.2）式和（2.4）式，黑洞的质量M和能量E趋于无限大，体积收缩为一点，要吸收空间的无限大能量。反之，接近光速c运动的黑洞逐渐减速，要向空间释放无限大能量。这就是速度-质量-能量效应[3-6]。这是星体巨大能量释放与高速运动相对应的原因。加速吸能减速放能，是星体运动的主要特征。太阳系从近银心点到远银心点作减速运动，向空间释放大量能量，形成白垩纪的温暖气候，仅地球的减速放能增温就能使地球平均增温17℃；反之，太阳系从远银心点到近银心点作加速运动，向空间吸收大量能量，形成石炭-二叠纪和第四纪的大冰期。有证据表明，近一亿年，海洋底层水降温15℃，大气降温10~15℃。这就是加速吸能减速放能的轨道效应。由于四大行星摄动产生的60年周期变化，2000年日地距离在冬至点达到最小值，北半球夏季最热冬季最冷，因为从近日点到远日点是减速运动, 近、远日点距离差越大，释放或吸收的能量也就越多。

2.6 质能喷射机制与黑洞吞噬物质和能量

计算表明，当a=4GM/c²时，两个黑洞中心以（1/2）^{1/2 c}的速度绕公共重心旋转，黑洞视界为在公共重心o点处相切的椭圆，长轴在两黑洞重心的连线上，与长轴在o点垂直的平面是两黑洞引力的等位面，其他星体从无限远沿着等位面加速运动而来，在o点处接近光速c，吸收空间无限大能量，然后又减速而去，向空间释放无限大能量。o点是能量快速吸收与释放的转化点，因而是亮点和能量与质量转化点，形成吞噬与喷射能量与质量的能流与物质流。在这里Casimir效应十分显著，即空间充满着转瞬即逝的“虚拟粒子”[6，7]。喷流随黑洞的旋转形成脉动效应，类似脉动星的周期脉动机制。

双星对称黑洞相当于一个巨型加速器。它把无限远处星体吸引到亮点，并以近光速喷出，所以o点又称为抛射点或白洞。同时，双星黑洞也提供黑洞天体自行消亡和增长的机制。因为双星黑洞的引力在o点为零，所以黑洞中的近光速运动物质可随物质流被抛射到无限远。与此相反，如果来自无限远的物质在o点处碰撞，速度变小或为零，则这些物质就散布在黑洞周围，最终被吸入黑洞。我们的模型表明，黑洞与白洞取决于宇宙的密度：当o点处的碰撞速率大于抛射速率，双星系统表现为黑洞特征（高速吸入物质与能量）；反之，则表现为白洞特征（高速喷出物质与能量）。它既不是完全封闭的（黑的），也不是完全开放的（白的）。人们正是观察到这些相互矛盾的现象无所适从。

如果双星黑洞分别由物质与反物质构成，那末抛射点o提供了近光速运动的物质与反物质充分混合与碰撞的机会，这时抛射点抛出的不再是物质，而是物质与反物质碰撞湮灭后释放的巨大能量。近期研究表明，每个类星体所释放的能量是太阳能量的10¹⁵倍，而这个能量绝不是核能量[8]。本模型给出了一种可能解释。

3 理论预测

根据数学模型的计算，双星黑洞之间有一个等势面（零势面）和喷发点（白洞）。黑洞内外的物质可以在白洞沿着零势面以近光速喷出，黑洞内外的物质也可以在白洞因碰撞减速而散落黑洞周围，最终落入黑洞。双星黑洞的质量增减取决于物质在白洞的碰撞几率：若碰撞的物质数量大于非碰撞的物质数量，则落入黑洞的物质数量多于喷出黑洞的物质数量，黑洞质量增大；否则，黑洞质量变小。该模型给出黑洞发展的两种可能，与那些只能吞噬周围物质不断增大的一般黑洞模型相区别。双星黑洞模型给出了黑洞与周围世界的密度平衡。当周围世界的密度较大，则黑洞内外的物质在喷发点被碰撞的几率变大，落入黑洞的物质变多，喷出黑洞的物质变少；当周围世界的密度变小，则黑洞内外的物质在喷发点被碰撞的几率变小，落入黑洞的物质变少，喷出黑洞的物质变多[3，4]。黑洞与周围世界的密度动态平衡使宇宙处于收缩和膨胀的交替运动之中。

4 观测证据

根据中国公众科技网2003-04-01 10:39:57 周道奇的文章《超巨黑洞向星际空间“撒”生命元素》（资料来源：http://database.cpst.net.cn/popul/event/artic/30401103957.html），因撕碎和吞食恒星而闻名的超巨黑洞能向星际空间散布诞生生命所必需的元素，如氢、碳、氧和铁等。借助于“钱德拉”X射线望远镜和XMM-Newton卫星，美国宾夕法尼亚大学和麻省理工学院的研究人员发现了高速宇宙风，高速宇宙风将大量气体从两颗类星体中央刮走（从黑洞获取能量）。研究负责人乔治·恰尔塔斯博士指出,测量的结果表明，在类星体“一生”中被刮走的物质可与10亿颗太阳的质量相当。这些宇宙风可能还会调节黑洞的生长，加速新恒星的诞生。与亚原子粒子流不同，新的粒子流来自吸积圆盘，以前天文学家认为，从吸积圆盘向后没有通道。理论家曾提出，宇宙风会刮走吸积圆盘物质，将重元素撒满星际空间，宇宙风还会产生辐射压力。恰尔塔斯博士及其同事观察了类星体APM08279+5255和PG1115+080，他们对来自黑洞的气体速度以及物质接近黑洞的程度进行了评估，获得了首批观察证据，宇宙风将数量可观的碳、氧和铁转移到恒星间和星系际空间，宇宙风的最初速度约为光速的40%[9]。

   在双星黑洞数学模型中，高速宇宙风就是在黑洞强大引力下沿零势面高速运动的物质。最近美国科学家在《自然》杂志的一份报告提供了新的证据。

参考文献

1．  杨孝文。美科学家揭开黑洞喷射接近光速粒子流之谜。2008年04月25日 14:30  新浪科技。http://tech.sina.com.cn/d/2008-04-25/14302162457.shtml

2．  Jean Pierre Lasota. 揭开黑洞的神秘外衣. 科学(ScientificAmerican 中文版). 1999,(8):14~23

3．  杨学祥. 双星对称黑洞模型及其时空特征. 自然杂志. 2001, 23（4）：246~247

4．  杨学祥. 双星对称黑洞模型及其质能喷射机制. 中国学术期刊文摘(科技快报).2000,6(4):506~508

5．  杨学祥，陈殿友，宋秀环。太阳系行星公转速度变化与低温灾害。长春科技大学学报。1999，29（4）：344~348

6．  杨学祥。行星摄动与黑洞佯谬。中国学术期刊文摘。2000，6（3）：365~367

7．  Lawrence M. Krauss. 宇宙反重力.  科学(Scientific American 中文版). 1999,(4):15~21

8．  李政道. 展望21世纪科学发展. 科学.1999,51(1):17~24

9．  周道奇。超巨黑洞向星际空间“撒”生命元素。发布日期：2003-04-02航天局网站。http://www.cnsa.gov.cn/n615708/n620172/n620646/n661309/45705.html

New Evidenceof the Mathematics Model for the Two Black Holes

YangXuexiang, Professor, College ofGeo-exploration Science and Technology，Jilin University, Changchun 130026;National Astronomical Observatories,Chinese Academy of Science, Beijing100012

    Keywords:system of two black holes, expand and contract, matter erupting, white hole.

附图见：

杨学祥. 双星黑洞数学模型的新证据.发表于2008-4-27 6:31:51科学网。

http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=23119

http://blog.gmw.cn/u/466/archives/2008/16910.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-313604.html