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为 什 么 我 认 为 黑 洞 不 存 在

已有 5402 次阅读 2008-9-13 11:40 |个人分类:未分类|系统分类:科研笔记| 黑洞, 守恒定律, 视界

不久前一些物理学者根据量子力学的考虑提出了黑洞可能不存在的看法[12]Chapline明确指出[1]:“由于与量子力学理论有矛盾,在真实世界中是不可能存在黑洞视界的”。因为一方面“视界的存在使得不可能校正处于任何地点的原子钟”,而另一方面“···量子力学要求一个统一的时间”。其实,不必根据量子力学,只根据非量子化的经典场论,也可提出了黑洞可能不存在的看法。在上述Chapline的陈述中,把‘量子力学’改为‘非量子化的经典场论’也完全正确。本博文就是要说明,黑洞视界的存在与非量子化的经典场论有矛盾;但若采用Levi-Civita守恒定律便可解决这个矛盾并推论出黑洞视界可能不存在;按照这个思路就可明了为什么我认为黑洞不存在。

从理论的形式结构上来说,经典场论是(经典)分析力学的推广[3]。经典场论把场看成是某种连续的力学介质’,分析力学的变分原理、Lagrange 方程、Hamilton 方程都可推广到经典场论。场的Lagrange 方程或Hamilton 方程就是场方程。在经典场论中,由变分原理导出场方程时,用到了一个从分析力学继承而来的重要条件,就是假定在起始的某一时刻,空间中任何位置的场量之变分及场量导数之变分均为零。这起始的某一时刻是指空间中任何位置的场量所经历的共同时刻,由此可以得出推论:经典场论要求存在一个统一的时间。经典的广义相对论也是一种经典场论,爱因斯坦场方程也可由变分原理导出[4],因之,爱因斯坦场方程也要求存在一个统一的时间。可是黑洞不允许存在一个统一的时间,因为若有黑洞视界便不可能校正处于任何地点的时钟。这个矛盾如何解决呢?

流行的引力理论都认为由爱因斯坦场方程必定会推出黑洞视界和黑洞的存在。流行的引力理论采用了爱因斯坦守恒定律,如果我们不采用爱因斯坦守恒定律而采用Lorentz Levi-Civita守恒定律,则由爱因斯坦场方程推不出黑洞视界和黑洞存在的必然性,反而可以得出黑洞视界和黑洞有可能不存在的结论。下面我来定性地说明这个问题,详细的说明要用到一些数学关系,请参看文献[5][6]

一个星体在演变成黑洞过程中,它在自身的引力下塌缩;当它缩入视界半径之内时,便形成了一个黑洞。之后物质只能进入黑洞而不可能从黑洞内部逃出。星体的视界半径由它的质量决定。如果一正在收缩的星体具有足够大的质量,且起初该星体的半径大于与该质量相对应的视界半径;当该星体的半径减小到其视界半径时, 视界必定出现。倘若正当该星体的半径刚要减小到视界半径的同时,星体的质量也适当地减小,使得该星体在任意时刻的半径总是刚好大于与该时刻质量相对应的视界半径。那末在这种情况下,视界便不可能出现。

不少学者认为星体的质量不可能自发地变小,;可是LorentzLevi-Civita守恒定律却肯定星体的部分正质量有可能与引力场的部分负质量互相湮灭而使星体的质量自发地变小,这就有可能使黑洞视界和黑洞不出现,爱因斯坦场方程和黑洞视界关于时间统一问题的矛盾也就解决了。

应当强调,星体的部分质量能被湮灭是有条件的,条件就是‘出现了视界’,或者说,只有当视界快出现时,湮灭才能发生。如果视界不存在,物质质量与引力场质量一正一负成对湮灭的现象就不可能发生,这在文献[6]2节的末尾有详细的讨论。人们往往用Hawking-Penrose 奇点定理作为黑洞存在的理论根据。应当指出,奇点定理的成立是有一些先决条件的;其中一个先决条件是存在闭合的陷阱面(closed trapped surface)。黑洞的视界就是一个闭合的陷阱面;不存在视界就意味着不存在闭合的陷阱面,因之奇点定理也就不成立了。

黑洞是否存在?这尚有待于观测和实验事实来判断。如果黑洞不存在,那么,已用黑洞理论来解释的那些天体物理现象就要重新研究。然而不管黑洞是否存在,已有的黑洞理论和黑洞热力学理论仍是有趣的数学模型。研究黑洞存在的理论已有不少,研究黑洞不存在的理论才刚刚开始,本文作者认为这两种理论都值得研究。两种不同的学术观点相互争论,对从理论上来分析黑洞是否存在,以及设计观测和实验来判断黑洞是否存在,都是有益的。

 

参考文献:

[1] Chapline G.. 2005, “Dark Energy Stars.” arXiv astro-ph/0503200.

[2] Vachaspati T., Stojkov c D. and Krauss L.M. 2007, “Observation of incipient black holes and the information loss problem.” Phys. Rev. D 76, 024005.

[3] Goldstein H. 1953, “Classical Mechanics” Addison-Wesley Publishing Company,Inc. Cambridge.

[4] Landau, L. and Lifshitz, E. 1975, The Classical Theory of Fields. Translated by Hamermesh M., Pergamon Press, Oxford.

[5] Chen F.P. 2008,“The Lorentz and Lavi-Civita conservation laws prohibit the existence of black holes”,arXiv:0805.2451.

[6] 陈方培.2008, LorentzLevi-Civita守恒定律对黑洞形成的影响及其它(引力体系协变的能动张量密度及其守恒定律与某些应用)”.中国科技论文在线 200809-272.

 

 

 



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