霍金的新黑洞理论

征服者

    然而霍金认为古典理论还是不够好。他在几个方向上超越了古典理论，他成功地建立了同时包含重力与热力学定律的黑洞理论架构。在他的新构想中，黑洞不仅是一个无底的深渊，也同时是一个实体；黑洞在某些温度下会放射出辐射波，因此它并不全然是“黑”的；而黑洞最后终究会完全蒸发成热辐射而消失，因此它不能永远地存在。因此，霍金把黑洞完全数学化的抽象概念，带回到我们可测量、可认知的真实世界中来。　　我不希望给大家一个印象，以为霍金的新理论已经完全揭开了黑洞的神秘面纱。事实上这个新理论在数学上不够严谨，更别提以实验来验证它的真伪了。它所留下的谜团比以往都深得多。而如今，霍金仍然在摸索着要如何才能使他的理论更为合理。事情往往是这样的：当一个深奥的新理论诞生时，都是先有方程式，然后大家才慢慢地对这些方程式的物理意义有所了解。让我们看看过去的一个例子：1900年普朗克写下了方程式E=hv，E是指光波的能量，v是光波频率，而h则是普朗克常数。普朗克方程式是量子理论的滥觞，它说明能量与频率是以不同单位测量同一种光波的结果。如果我们以尔格（erg）为单位来测量光波的能量，同时又以周（cycle）为单位来测量光波的频率时，普朗克常数告诉我们将频率转换成能量的比例，是每周为6×l0-27尔格。但是在1900年当时，这项转换并不具任何物理意义，即使是普朗克本人，也只知道他的方程式可以正确地解决辐射理论中的一些问题而已。但是“能量与频率是同一回事”这个说法到底有什么意义？一直到普朗克方程式发表25年之后，建立了量子力学学说，其意义方明。
　　现在霍金写下与普朗克方程式极为相像的方程式：S=kA，其中S为黑洞的熵（entropy），A为黑洞的面积，而K为不变的常数，我称之为“霍金常数”。熵的意义大致和物体的比热相同，其测量单位是以每度（degree）有多少卡（calory）来计算；A的测量单位则为平方米。就霍金的方程式，熵即其面积，而其转换比例就是“霍金常数”。霍金常数大约是每度每平方米为1041卡；从1041卡这个数字，就可以了解黑洞和我们习见的常用单位间距离多么遥远。但是“熵即其面积”到底有什么意义？我们现在对这个问题无知的程度，和当年普朗克对量子力学无知的程度相同。我们惟一能确定的是，霍金的方程式提供了解决黑洞之谜的线索；同时基于一些理由，我们相信这个方程式将是未来这类理论发展的中心思想，而这些即将出现的新理论，将把重力、量子力学及热力学紧紧地结合在一起。
　　海森堡（Heisenberg）和普朗克方程式于同一年诞生，而他在25岁时就发明了量子力学。霍金的方程式至今才12岁；我希望还有一些聪明而又热爱科学的12岁少年，切勿让这些孩子浪费生命中最宝贵的时光去准备考试，而失去对科学的热爱与兴趣。只要不扼杀他们的兴趣，说不定他们之中就会有人像海森堡一样，为霍金方程式建立起完整的黑洞数学理论。这些12岁的小孩子将在公元2000年满25岁，而那时也正是新宇宙理论诞生的最好时机。

本文链接： 复制