史蒂芬·霍金的黑洞辐射悖论最终可能得到解决——如果黑洞不是它们看起来的那样

新的研究表明，黑洞实际上可能是“冻结的恒星”，这是一种缺乏奇点和事件视界的奇异量子物体，有可能解决黑洞物理学中一些最大的悖论。

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一项新的研究表明，黑洞可能并不像爱因斯坦的广义相对论所预测的那样，是无特征、无结构的实体。相反，宇宙怪物可能是被称为“冰冻恒星”的奇异量子物体。

虽然这些天体与黑洞有一些相似之处，但这些假设的天体在关键方面存在差异，可能会解决臭名昭著的霍金辐射悖论（以提出该现象的已故物理学家斯蒂芬·霍金的名字命名）。之所以出现这种悖论，是因为黑洞事件视界发出的理论辐射似乎不携带有关形成黑洞的物质的信息，这与量子力学中信息无法被破坏的基本原理相矛盾。

此外，与传统的黑洞不同，冰冻恒星预计不会存在奇点（其中心具有无限密度的点），这解决了黑洞的经典图像与无穷大不能实现的物理学一般规则之间的另一个矛盾。存在于自然界。当无穷大确实出现在理论中时，通常表明该理论的局限性。

“冰冻恒星是一种黑洞模仿者：超紧凑的天体物理物体，没有奇点，没有视界，但可以模仿黑洞的所有可观测特性，”Ramy Brustein，以色列本古里安大学物理学教授在一封电子邮件中告诉《生活科学》。 “如果它们确实存在，它们将表明需要对爱因斯坦的广义相对论进行重大而根本的修改。”

布鲁斯坦是一项描述冻结星理论的研究的主要作者，该研究于 7 月发表在《物理评论 D》杂志上。

解决悖论

卡尔·史瓦西 (Karl Schwarzschild) 于 1916 年首次描述了黑洞的经典模型，该模型将黑洞描绘为具有两个关键特征：所有质量都集中的奇点和事件视界（任何东西（甚至光）都无法逃脱的边界） 。

然而，当引入量子力学时，这个模型遇到了严重的问题。 20 世纪 70 年代，史蒂芬·霍金 (Stephen Hawking) 发现了事件视界附近的量子效应会导致在太空真空中产生粒子，这一过程被称为霍金辐射。这种辐射会导致黑洞逐渐失去质量并最终完全蒸发。

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之所以出现这种悖论，是因为这种辐射似乎不携带有关最初形成黑洞的物质的信息。如果黑洞完全蒸发，这些信息似乎会永远丢失，这违反了信息必须守恒的量子力学原理。这一矛盾被称为信息丢失悖论，它一直是理论物理学中最重大的挑战之一。

在他们的新研究中，布鲁斯坦和他的合著者A.J.M.罗德大学的 Medved 和本古里安大学的 Tamar Simhon 对冻结星模型进行了详细的理论分析，发现它解决了传统模型的悖论，因为它既缺乏地平线和奇点。

作者发现，如果黑洞实际上是由超刚性物质组成的非常致密的物体，其特性受到弦理论（量子引力理论的主要候选者）的启发，那么它们就不会塌缩成无限致密的物质。点，并且其尺寸略大于传统事件视界，从而防止后者形成。

布鲁斯坦说：“我们已经展示了冰冻恒星如何表现出（几乎）完美的吸收体，尽管缺乏地平线，并且充当引力波的来源。”他指出，这些物体几乎可以吸收落在其上的所有物体，很像黑洞。 “此外，它们采用与传统黑洞模型相同的外部几何形状，并重现了它们的传统热力学特性。”

检验冰冻星假说

虽然冰冻恒星模型为与传统黑洞相关的悖论提供了潜在的解决方案，但科学家仍然需要对其进行实验测试。

但与传统黑洞不同的是，冰冻恒星预计具有内部结构，尽管其具有由量子引力决定的奇异特性。这为观察区分两者铺平了道路。证据可能存在于黑洞合并期间产生的引力波（时空结构中的涟漪）中。

“这是区别最明显的时候，”布鲁斯坦解释道。

布鲁斯坦说，该团队仍然需要准确地弄清楚冰冻恒星的内部结构是什么样子，以及它与中子星等其他极端宇宙物体有何不同，但这是可以实现的。从那里，他们可以分析现有和未来引力波观测站的数据，因为合并过程中发出的引力波非常强大，可以携带有关这些超紧凑物体结构的信息。

布鲁斯坦说：“冰冻恒星模型的任何预测的发现都将产生革命性的影响。”