幸运快三

第一张黑洞照片是否隐瞒了什么?
发表时间 2019-04-23 16:15 来源 未知

  


幸运快三   梅晓春(1) 黄志洵(2)

幸运快三   (1)福州原创物理研究所

幸运快三   (2)中国传媒大学信息工程学院

  2019年4月10日,由多国天文学家合作的事件视界望远镜项目组(EHT),公布的一张黑洞照片,风靡全球。它被称为人类拍到的第一张证明黑洞真实存在的照片,并被认为再次证实了爱因斯坦引力理论。

  我们不否认该项目研究人员付出的努力和取得的成就,能得到这样的照片是一个很不容易的事情。但这其中也存在很多疑问,我们在此提出三个问题,希望参与实验的天文学家能够解释,并借此机会让公众了解事情的真相。

  一.照片中的黑洞是真黑的吗?

  这张黑洞照片(见图1)是用全球不同地点上八台射电天文望远镜,对室女座的M87星系(又称梅耶87星系)中心同时进行观测,将收集到的数据进行进行两年的分析和综合处理,在计算机上合成得到的。因此它不是真正的黑洞照片,当然这并不重要,重要的是图中的黑色区域代表什么意义。
 

  图1. 第一张黑洞照片(中间黑暗区是M87星系的中心)
 

幸运快三   在一般人的印象中,天文望远镜是观测天上星光的仪器,接收的是可见光。射电天文望远镜与光学望远镜有所不同,是收集宇宙天体发射的无线电波的望远镜。在天文学的早期,没有人想到宇宙天体也会发射无线电波。直到1930年,美国贝尔电话公司的工程师卡尔·央斯基,发现来自银河系人马座方向的无线电噪音后,才引起人们的注意,并逐渐发展到现在的具有举足轻重的作用射电天文学。上世纪六十年代的四大天文发现:类星体、脉冲星、星际分子和微波背景辐射,都是利用射电天文望远镜获得的。

幸运快三   我们知道,人的肉眼能看得到的是可见光,波长为0.4 ~ 0.78微米(1微米为百万分之一米)。波长比可见光短的是紫外线,X射线和伽马射线。波长比可见光长的是红外线,远红外线,微波,高频无线电波,中频无线电波和低频无线电波。广播、电视、手机等发射和接收的,是中低频无线电波,波长在几百上千米的量级。射电天文望远镜用的高频无线电波,波长在厘米和毫米级。在天体的光谱发射中,射电波只占其中非常小的一部分。只是由于这种无线电波穿透地球大气的能力比可见光强,用来观测天体有它的优势。

  EHT实验组的射电天文望远镜采用的是亚毫米波段,严格地说是1.3毫米无线电波。因此这次公布的黑洞照片,只针对波长为1.3毫米无线电波而言,图1中心区域的的无线电波发射能力很弱,我们只能在这种意义上说它是黑的。至于其他范围更广的波段上是否存在辐射,图片中心区域对其他波段的辐射是否也是黑的,EHT实验组并没有给出说明。因此我们有什么理由认为,图1是一张真正的黑洞照片呢?
 

  图2. M87星系的光学照片
 

  事实上,用哈勃天文望远镜拍的M87星系的光学相片是图2,在其中心区是非常明亮的,根本看不到黑影。要证明它的中心存在类似与图1黑洞,就必须证明在这个区域中没有任何波长的光发射。因此所谓的第一张黑洞照片存在误导大众的嫌疑,它只是对于1.3毫米的波段,这个区域是黑洞,并没有证明这个中心区域对其他的波段的辐射也是黑的。如果采用红外光波段,可见光波段,紫外线波段,甚至X射线波段拍摄,这个区域也是黑的吗?这显然是不太可能的,至少EHT实验组目前没有证明这一点。

  因此图1不是一张真正的黑洞照片,要证明它是一张真正的黑洞照片,需要更多的证据。EHT实验组为什么就不能实话实说呢?这样浅显的道理,为什么就不懂呢?

  二.黑洞照片中为什么没有喷流的射电辐射?

  图1 的黑洞照片还有一个明显的漏洞。从图2右上方看出,M87星系中心有一条巨大喷流向外喷出。这在图3中看得更清楚,它是哈勃天文望远镜拍摄的M87照片。图中有一条蓝色喷流,其长度比M87 星系的直径还要长,并且是直接从星系中心喷出,场景非常壮观,显示存在异常剧烈的天体物理学过程。
 

  图3. 哈勃望远镜拍摄的M87星系喷流照片
 

  按照目前的天体物理学理论,射电天体发射无线电波的机理如图4所示。在星系中心前方有大片的气体星云,星云内有磁场。喷流中的带电粒子在磁场作用下被迫做旋进运动,根据麦克斯韦经典电磁场理论,就会发射电磁波。由于喷流中带电粒子的运动速度接近光速,就会发射出很强的无线电波,其强度可以超过带电粒子产生的可见光的强度。事实上,在目前的天体物理学中,天文学家主要依靠观测喷流过程产生的射电波来发现射电天体。
 

  图4. 射电天体发射无线电波的物理机制示意图
 

  比如最早的射电天体天鹅座A,就是通过这种喷流的射电辐射发现的。它是宇宙中离地球最近、最壮观、最强大的射电星系(见图5)。两个巨大的红色的瓣状结构,代表射电辐射。射电波通过狭长的喷流与中心椭圆星系相连,从一个瓣到另一个瓣的空间距离超过30 万光年。虽然喷流与星系中心的连接线没有图3那样明显,但它的存在使毋庸置疑的。图中心的白色区域隐约可见一条红色细线,从星系中心射出,直接与右边的红色区域相连。无线电波辐射的强度是非常可观的,而且显然是从星系中心发出的。蓝色区域则为X射线辐射,具有椭球状分布。可见光频段的辐射却很少,几乎观测不到。
 

  图5. 天鹅座A的射电辐射。红色为无线电波辐射,蓝色为X射线辐射。
 

幸运快三   在图4的黑洞吸积盘上,绕星系核运动的物质主要发射红外光,可见光和X射线等。虽然它们也会发射无线电波,但与喷流过程相比,发射无线电波的强度要小很多。在图1中,围绕黑洞中心区域的红色光圈实际上也是代表无线电波。它们原本都是看不见的,为了显示它们的存在,EHT实验组将它们涂上红色,看上去给人的错觉是,黑洞周围的物质发出可见光。

  然而奇怪的是,在图1的黑洞照片中,我们根本看不到M87发射无线电波的痕迹。图3中那条蓝线对应的射电波信号哪里去了?按道理,在图1 中应当有一条色彩强烈的红黄带,从黑洞中心斜穿到右上角,但却完全看不到,一点痕迹都没有。

幸运快三   因此图1的黑洞图像是不真实的,至少是不完全的,EHT实验组一定隐瞒了什么东西。尤其是从图2和图3看出,这条喷流包含强烈的可见光,不能排除存在红外光和紫外光等其他频率的辐射。不论望远镜采用什么工作频率进行观测,都一定会在照片中留下痕迹。由此推断,图1中原来应当有一条从黑洞中心向外辐射的射线,但图像却被删除,以免黑洞只进不出的饕餮形象被颠覆。

幸运快三   因此EHT实验组存在嫌疑,故意删掉从黑洞中心向外辐射的无线电波图像。这样做的动机是可以理解的,否则从黑洞中心向外吐出一条巨大的金黄色洪流,这张相片怎么可以称为第一张黑洞照片呢?

幸运快三   这里就涉及到所谓的黑洞到底是一种什么东西?以及第一张黑洞照片是否证实爱因斯坦理论的广义相对论的问题。以下我们来讨论。

  二.黑洞照片证实爱因斯坦广义相对论了吗?

  首先要指出的是,所谓的黑洞不是爱因斯坦引力理论独有的,牛顿引力理论中也有黑洞。牛顿力学的黑洞如图6的左图所示,它是两百多年前由拉普拉斯提出来的,指的是如果一个天体的质量足够大,其中光是无法透射出来的。牛顿黑洞与爱因斯坦黑洞半径的计算公式完全一样,但二者的物理图像完全不一样。奇怪的是,现在的相对论专家总是告诉大家,黑洞了是爱因斯坦提出来的,根本不提牛顿黑洞。
 

  图6. 牛顿经典黑洞和爱因斯坦奇异性黑洞
 

  爱因斯坦黑洞则如图6的右图所示,它具有奇异性。黑洞的中心是一个体积无穷小的奇点,物质被压缩到一个点,密度无穷大。黑洞边界即所谓的施瓦西半径,施瓦西半径内部是真空。爱因斯坦黑洞是一个非常扭曲怪诞的东西,除了物质密度无穷大,最不可理喻的一点是,在黑洞内时间和空间要互换。通俗地说,就是说时间变成空间,空间变成时间。这种事情违背人类最基本的常识,与人类最基本的经验事实背道而驰,完全不可理喻。一个还点思维判断能力,理智尚存的人,怎么可能相信宇宙中存在这种东西?

  如果第一张黑洞照片证实了爱因斯坦理论,就请相关研究人员解释一下,在照片中哪里看出,黑洞内的物质被压缩到一点,视界内的其他点上是真空?同时请他们解释一下,从哪里看出黑洞内部时间变成空间,空间变成时间?如果他们给不出解释,凭什么认为,这张黑洞照片证实了爱因斯坦黑洞理论呢?

  相反,如果照片中是牛顿黑洞,则一切都是正常的。根据EHT实验组提供的数据计算,M87星系中心黑洞的质量是65亿个太阳质量,半径为10的13次方米,质量平均密度则为每立方米0.8千克。注意到地球表面大气密度为每立方米1千克,M87中心黑洞的密度比地球表面大气密度还低,远远不如太阳表层的物质密度。因此它一点也不吓人,与一般人想象的黑洞情况根本不一样。

幸运快三   为什么会这样呢?因为根据黑洞半径公式计算,大黑洞的物质密度可以很低,小黑洞的物质密度才会很高。事实上,可以把我们目前观测到的宇宙看成一个牛顿黑洞。在宇宙外部看,光线也无法逃脱。但在宇宙内部一切正常,太阳照常发光,地球照样绕着太阳转,人类照常生活。这就是牛顿黑洞与爱因斯坦黑洞的本质差别,大家还会相信爱因斯坦黑洞存在呢?

  事实上,由于爱因斯坦引力场的非线性特征,用它来的计算物质绕黑洞运动是非常困难的,可以说几乎不可能的。因此目前天体物理学计算黑洞外吸积盘上物质的运动时,采用的实际上是牛顿引力的方法,最多加上一点洛伦兹变换。在这种情况下,洛伦兹变换具有绝对性,与爱因斯坦相对论无关。对于这种现状,相对论学者嘴上不说,实际上是心知肚明的。牛顿引力理论与爱因斯坦引力理论不是近似关系,而是完全不相容的两个体系。一个用力来描述引力,另外一个用时空弯曲来描述引力,它们是根本无法捏在一起的。爱因斯坦引力理论漏洞百出,在实际应用上是根本无法与牛顿理论抗衡的。虽然牛顿引力理论也需要改进,但不是爱因斯坦那种怪诞的改进。

  中国科学院高能物理研究所研究员张双南先生,是研究爱因斯坦黑洞的专家。他在2014年写的文章《恒星级黑洞的观测论证和基本参数测量》一文中,将黑洞分成数学黑洞,物理黑洞和天文黑洞。言下之意,就是认为爱因斯坦奇异性黑洞是数学上的东西,在实验上是不可观测的,在物理上是难以实现的。这种说法虽然是犹抱琵琶半遮面,但也反应了相对论学者某些真实的想法。他们明知爱因斯坦理论不对劲,却仍然不得不继续做下去。

幸运快三   本文笔者之一梅晓春,曾多次参加国内的引力物理学术会议。常听到有些学者在会上发言时,对爱因斯坦理论赞美有加。等他们下来后就上去问,你的计算用的到底是牛顿理论还是爱因斯坦相对论?对此他们会马上避口不谈,拱手相让,并逃之夭夭。难言之隐,显于言表。

幸运快三   在优酷视频中还可以看到,美国斯坦福大学的一位名物理教授,在大课堂上讲授爱因斯坦黑洞的理论。一位学生站起来说,按照你的意思,黑洞中时空坐标互换,就是将一把尺子丢进黑洞,它会变成钟。此话引起哄堂大笑,搞的那位教授面红耳赤,立马宣布下课,夹着讲义走人。

  这第一张黑洞照片,还让人想起前两年美国LIGO的引力波发现。LIGO实际上只是在两个相距三千公里的激光干涉仪上,差不多同时发现了两个相似波形。通过与爱因斯坦引力理论进行数值拟合,他们就认为接受到引力波的图像。并大张旗鼓地向全世界宣布,探测到13亿年前在13亿光年之外的宇宙远处,两个黑洞碰撞产生的引力波,他们接受到引这个力波。并认为他们完成了爱因斯坦引力理论的最后一块拼图,证实了爱因斯坦弯曲时空引力理论。全然不顾他们根本没有在天文观测上发现任何相应的天体物理学现象,所做的只是一场计算机数值拟合和图像匹配游戏。

  耗费国家的大量科研经费,科学家们需要向社会有个交代,尤其是需要提供真实的研究结果。哪怕什么也没有得到,总比进行欺骗好吧。社会大众有权要求知道真相,谁也不愿意被人蒙在鼓里,还要掏腰包。对于第一张黑洞照片,就以上提出的三个问题,我们希望相关研究人员对社会大众有个解释。

  尤其是,照片中原来应当存在的,那条从黑洞中心向外喷出的射线哪里去了?如果这条射线实际存在,不但会颠覆了第一张黑洞照片的称号,而且危及爱因斯坦广义相对论。如果黑洞会向外辐射电磁波,还是黑洞吗?黑洞还有视界吗?爱因斯坦黑洞理论还能成立吗?

  在宣布第一张黑洞照片的现场,上海天文台台长沈志强在接受解放日报新闻记者专访时说:“爱因斯坦是对的,他在一百多年前提出的广义相对论经受住了考验”。上海天文台副台长袁峰则说“第一张黑洞照片与引力波的发现同等重要,都是对广义相对论的验证,可能会拿诺贝尔奖。”

幸运快三   我们并不关心这个项目是否会拿诺贝尔奖,LIGO引力波探测纯属造假,也拿了诺贝尔奖。我们关心的是,这张黑洞照片的真与假。因此请问沈志强先生和袁峰先生回答以下三个问题:

幸运快三   1. 如果不是采用1.3毫米波段,而是采用其它频率做观测,比可见光波段,这张黑洞照片还是黑洞吗?

  2. 照片中原来应当存在的那条无线电波射线哪里去了?

  3. 在照片的什么地方看出物质被压缩到成奇点?从哪里看出黑洞视界内是真空?从哪里看出视界内时间和空间互换?如果都看不出来,凭什么认为这张照片证实了爱因斯坦黑洞理论?

  关于第一张黑洞照片,美国田纳西州大学物理天文系终身教授,王令隽先生也写了一篇文章,与笔者有相同的看法,并提供更多的证据,证明爱因斯坦广义相对论是不可能成立的。笔者特将这篇文章附于本文之后,供读者参考。

  关于 EHT 黑洞照片答黄志洵教授

  王令隽 2019年4月13日

幸运快三   作者按:EHT黑洞照片公布以后,媒体和自媒体上都在热议。我的许多朋友自然来信问及。我在微信群里做了一点简短回答。昨日国内一位黄教授来信询问此事,深表关切。黄教授一直对祖国的科学事业和发展前景非常关心,虽然年事已高,仍然没有放弃对科学事业的责任,使我非常感动。于是我写了一篇比较详细的答复。我想,海内外一定有不少网友也对此非常关心,所以将这封复信中的方程式去掉,弄成一个可以放在华夏文摘上的稿子,以飨读者。欢迎各位网友的批评指正。

  黄老先生,您好!

  您所说的EHT黑洞照片,媒体最近确实炒得很厉害,成了热门话题。立即有一些朋友通过自媒体问及,我也作了一些简短回答。我想关心这个问题的朋友很多,于是就不揣浅陋,对广义相对论的黑洞问题作个比较详细的介绍。

  在爱因斯坦提出广义相对论以前,早在18世紀黑洞問題就被約翰米歇爾和皮理塞蒙拉普拉斯考慮過。道理也非常簡單。我們知道,圍繞太陽旋轉的物體之所以不會飛出太陽系,是因爲万有引力的約束。萬有引力等於向心力。向心力正比于速度的平方。速度越大,向心力越大。但是物體的速度是有限的。當時人們知道的最快的速度是光速。雖然當時還沒有相對論,也沒有光子的概念,但是光速似乎是一個實際上很難超過的速度極限。所以,人們自然會問,會不會有這樣的情況,就是某個星球的引力可以大到即使物體以光速邉右矡o法逃脫的程度?这种情况理论上是存在的。

  比如说,如果太阳的所有质量收缩到半径只有1.5公里的小球(经典的黑洞半径相当于施瓦兹查尔德半径的二分之一)的时候,一个太阳表面的物体即使以光速运动,也无法挣脱太阳的引力而逃逸。此时“太阳黑洞”的物质密度高达每立方米2.3乘以10的18次方公斤。如果地球的所有质量收缩到半径只有4.5毫米的小球的时候,在这小球表面以光速运动的物体也无法挣脱地球的引力而逃逸。此时“地球黑洞”的物质密度高达每立方米2.5乘以10的29次方公斤。

  为了对这么高的物质密度有点物理概念,我们以中子的质量密度作个比较。中子的质量为一个原子单位,半径约为一个费米,所以中子的质量密度约为每立方米4乘以10的17次方公斤。中子星的密度应该在这个数量级。地球的实际密度约为每立方米5.5吨(和石头的密度差不多)。太阳的实际密度约为每立方米1.4吨,比水的密度高出40%。所以,就从质量密度来看,黑洞的概念也是不可思议的。

  上面以經典理论讨论“黑洞”问题,显然有一个必要的大前提,那就是受黑洞吸引的物体必须有质量,必须服从万有引力定律,否则整个推理从一开始就不成立。即使我们把光看成是光子束,因为光子的质量等于零,光子也不受万有引力的约束。其次,经典电磁作用力和万有引力是相互独立的两个基本作用力。电磁场和电磁波无论在理论上还是实验上都和万有引力无关。光就是可见频谱段的电磁波。它不服从万有引力定律,所以,光不存在逃离引力的问题。因此,即使存在经典意义上的“黑洞”,光子也是可以逃离的。经典物理中的光根本就不是物质,而仅仅是电磁波。

  那么,广义相对论中为什么光子就受万有引力约束呢?因为爱因斯坦假定光子在引力场中的运动遵守短程线。这是一条追加的基本假定,不是从黎曼几何推导出来的,也不是从广义相对论的引力场方程推导出来的。广义相对论中的黑洞和经典的黑洞意义不一样,所以,我们先从爱因斯坦的引力场方程看看广义相对论意义上的黑洞是怎么一回事。我先说一条原则:黑色天体不一定是广义相对论意义上的黑洞。广义相对论意义上的黑洞必须符合两个本质特性:1)在黑洞的边界上引力无穷大;2)在黑洞里面时间和空间反转,时间变成空间,空间变成时间。如果不能证实这两点本质特性,仅仅展示一张黑圈圈图片,不足以说明那就是黑洞,就认为验证了广义相对论。闪光的不一定是金子,不闪光的不一定是黑洞。

  爱因斯坦引力场方程式形式上看似简单,其实是一个包含六个独立方程的非常复杂的非线性二阶偏微分方程组。如果把边界条件和初始条件的复杂性加进来,任何数学家都只能望洋兴叹。爱因斯坦建立了这个方程以后,自己都找不到一个解析解。不久,施瓦兹查尔德找到了一个最简单的边界条件下的解,也就是球对称质量的静止引力场。在施瓦兹查尔德解中,如果半径等于2GM除以光速的平方,则施瓦兹查尔德解中半径微分元 dr的系数分母为零,度规张量无穷大发散,整个解没有意义。

  这个特殊的半径值 rs 叫施瓦兹查尔德半径,是施瓦兹查尔德解的一个奇点。在这个半径以内的物体,即使速度等于光速也没有足够的能量克服引力而飞出,即使光子也不能飞出这个区域,所以这个区域叫“黑洞”。施瓦兹查尔德半径定义了一张三维球面,叫event horizon,也就是黑洞的边界。在黑洞边界以内的任何物体都不能逃逸黑洞引力的束缚,就连光子也不能逃逸。最近中国媒体上把event horizon译为“事件视界”而不是黑洞边界,也通,就是更为玄乎,让一般读者不知所云。EHT望远镜的意思就是Event Horizon Telescope 的英文字头缩写。

幸运快三   除了奇点问题以外,“黑洞”还有一个本质特征, 就是黑洞里面时空反转。空间坐标微分 dr 的系数是正的,变为时间坐标微分;而时间坐标微分 dt 的系数和dq, df 一样,都是负的,一起构成三维空间坐标微分。这就是时空反转现象。有人认为,dr 的系数变成正的,只不过是“timelike” 而已,不是真的变成了时间;同样, dt 的系数变负,只不过是 “spacelike”而已,不是真的变成了空间。这些先生们用“timelike” 和 “spacelike”这样的字眼来淡化一个严重的悖论,以维护爱因斯坦和相对论的尊严。殊不知,dr 和 dt 的符号反转以后,黑洞里面的时空就根本不是赝欧几里得时空或者赝黎曼时空了,也不符合洛仑兹协变性了。时空反转是比无穷大发散还要荒唐的佯谬。

幸运快三   施瓦兹查尔德解在奇点无穷发散和黑洞内的时空反转是爱因斯坦引力方程的根本性的困难。所以拥护相对论的理论家们便想尽办法回避或者挽救。采取回避策略的一个代表是粒子物理标准模型的奠基者之一,诺贝尔物理奖得主斯蒂文温伯格。他根本否认施瓦兹查尔德奇点的存在[参见Steven Weinberg, Gravitation and Cosmology, John Wiley & Sons, 1972, ISBN 0-471-92567-5]。我也否认黑洞的存在,理由是无穷发散和时空反转的逻辑背理。所以我的否认和温伯格的否认不太一样。他否认爱因斯坦引力场方程的奇点问题是为了维护爱因斯坦和广义相对论。我否认宇宙中存在广义相对论预言的黑洞,但不否认广义相对论理论的奇点和时空反转,目的是为了揭示广义相对论的谬误。

  虽然广义相对论存在度规张量无穷大发散和黑洞内部时空翻转这样的根本性问题,学界不仅没有质疑,反而掀起了研究黑洞的高潮,黑洞研究居然成了理论物理和天体物理研究的显学,形成了一个国际性的产业。在黑洞研究的高潮中,霍金成了一个成功的弄潮儿和这一产业中的最大受益者。他的成名,就是所谓的“霍金辐射” 和“霍金蒸发”。霍金的这些“发现”,其实并不是发现,而是发明。不存在的东西是不可能被发现的,但是却可以被理论家们发明出来。霍金是如何发明出“霍金辐射”的呢?

幸运快三   他假定,在黑洞边界外面的邻近区域,由于海森伯测不准原理的神奇功能,会从真空中无中生有地产生正负粒子对。其中一个粒子会进入到黑洞,另一个会跑出去成为信息的源泉。所以远处的观察者可以观察到黑洞。这就是轰动宇宙学界的“霍金辐射”。这项工作为霍金赢得了意想不到的名利。1980年他被聘为剑桥大学的Lucasian讲座教授(牛顿,狄拉克都曾任这个讲座教授),名声大噪。

  2004年霍金公开承认自己30年前提出的黑洞理论的错误。十年后,他索性否認黑洞的存在,認爲黑洞和量子力學不相容。他在與《自然》雜誌的訪談中說:“在經典理論中物質無法從黑洞中逃脫,可是量子理論容許能量和信息從黑洞中脫逃。” “正確的答案仍然是個謎。” 2014年他在arXiv上貼出的文稿中说:“不存在黑洞边界(event horizon)就意味着没有黑洞”,说黑洞理論是他一生鑄成的“大錯”(biggest blunder)。

  霍金被捧为“爱因斯坦之后最伟大的天才”和黑洞理论祖师爷。霍金认错并否认黑洞的存在,是不是意味着黑洞理论研究的终结,意味着全世界从此就吸取教训,认识到跟着权威盲目地折腾有违科学研究的基本原则?不一定。说霍金是近几十年来黑洞研究的领军人物,他是当之无愧的。在他的旗帜下已经训练了一支庞大的理论和实验队伍。而今霍金突然认错,使得一直追随他纵横驰骋的战士们陡然失去了战斗目标,失落了战斗的意义,不知如何是好。他们一直唯霍金的马首是瞻,但是如果人们以为霍金認錯意味著黑洞理论和大爆炸理论从此就会从学术界消失,则是对理论物理学界的黑暗太不了解。

  黑洞理论和大爆炸宇宙学经过几十年的发展,已经形成了一个包括理论和实验队伍的伟大产业。要想突然宣布破产,谈何容易。这成千成万的职工如何安置?尽管霍金已经被捧为顶级权威和明星,但是一旦他的言行危及到整个营垒的前途命运的时候,这个营垒是不是还将他的言论奉为圭臬,便是一个大问题了。我们有历史的先例。爱因斯坦被主流认定为最伟大的科学家。可是当爱因斯坦抛弃他的宇宙因子以后,从事宇宙学研究的理论家们并没有听爱因斯坦的话,而是继续高举爱因斯坦的宇宙因子,用在大爆炸宇宙学中。他们并且认为抛弃宇宙项是爱因斯坦一生中所犯的最大错误。在爱因斯坦于1915发表他的广义相对论后不到一个月,施瓦兹查尔德就写信给爱因斯坦指出了黑洞问题。

  可是爱因斯坦本人从来不承认黑洞的存在,因为他知道黑洞边界上的无穷大发散和黑洞里面的时空反转是致命的理论佯谬。承认了黑洞的存在无异于彻底否认广义相对论的整个理论。可是爱因斯坦的否认并不能阻挡后人包括惠勒和霍金等人大张旗鼓地研究黑洞,也不能阻挡克鲁斯科创造多重宇宙和黑洞白洞虫洞。同样道理,黑洞巨星和权威霍金晚年否定黑洞的存在,认为黑洞研究是他一生铸成的大错,也不能阻挡后人继续进行黑洞的研究项目。因为黑洞研究已然成为了一个国际性的产业。任何一个产业都有自我肯定和力求生存的本能。所以,黑洞研究和大爆炸理论研究还会在学术界存在相当长的时期。

  比如EHT(Event Horizon Telescope)就是一个多国合作的项目。参加者有来自十几个国家和地区的几百位科学家,联网的有八个射电天文台,其中美国三个,智利两个,西班牙,墨西哥各一个,还有一个SPT在南极。SPT虽然联网了,但是南极观测不到M87星团。如果从建立各个射电天文台的时间算起,也是几十年的努力了。这么大的阵仗,仅仅凭霍金一句话,就停下来,怎么可能?发表一张宣称是黑洞的照片,对于被大爆炸宇宙学控制而处境日益困难的天体物理学界,无疑是一剂强心针。媒体热炒,是非常自然的。不少人估计这一工作会赢得诺贝尔奖,也是完全可能的。

  此前有LIGO引力波实验赢得了诺贝尔奖,也有LHC的上帝粒子探测实验获得了诺贝尔奖,都是先例。像这种大规模的国际合作项目,无论人力物力都是其他科研项目无法比的。对其肯定与否,直接影响到社会对此类超大型科研项目(Big Science)的进一步支持。大家已经注意到了诺贝尔和平奖评审中的政治和社会因素。其实在诺贝尔物理奖的评审中,随着研究项目的大型化和国际化,社会因素的分量也越来越重了。这使许多科学家不服气,以为科学应该和政治无关。科学确实应该和政治无关,但是科学奖项的决定却无法脱离政治与社会的因素,无法脱离人的因素。对此我们也要正视现实。

  要紧的是,我们要以平常心对待诺贝尔奖,不要以为一个工作一旦获得了诺贝尔奖,就是绝对真理。诺贝尔奖只是主流学术界对当年工作的评比筛选,授予一个比较突出的工作而已。不见得这些工作就是真理或者历史的定论。可以肯定,对于上帝粒子探测,LIGO引力波实验和最近的EHT黑洞照片,历史今后会有不同的评定。

幸运快三   那末,我们怎么正确地认识这张公布了的EHT黑洞照片呢?其实很简单,这就是一张天体照片,和广义相对论毫无关系,也根本不能作为证实广义相对论的直接证据。要和广义相对论扯上关系,必须证明这张照片上的东西具有相对论黑洞的两个本质特征:1)在所认定的所谓“黑洞”的边界(Event Horizon)上时空度规无穷大发散;2)在这个边界(Event Horizon)以内时间与空间反转。如果不能证明这两点,那就根本不能说这张照片就是广义相对论黑洞。

幸运快三   这张照片是地球上八个射电天文台的亚毫米波观测数据由电脑合成的照片,信号不在可见光频段,所以所有的彩色都不是直接观测的,而是根据数学模型模拟计算出来的。但是,这不是我要说的根本问题。我无意挑战EHT团队的敬业精神和学术诚实,也无意质疑这张照片的真实性。我也不排除宇宙间有非常大的黑色星云或者黑色星体的存在的可能性。但是,这些和广义相对论黑洞毫无关系,除非你能证实你所观察到天体具有边界上的无穷大发散和内部的时空反转。

  可是,EHT实验团队不是有理论团队为实验提供理论准备吗?难道他们没有证明他们所观察的天体具有广义相对论黑洞的本质特性?没有,绝对没有。没有任何人能够证明一个边界上度规无穷大发散边界内时空反转的天体的存在。那么,这些理论家做了些什么理论工作呢?他们做的工作除了根据天体质量对黑洞进行分类以外,其他全部都是在广义相对论黑洞边界外边做的文章。

  比如,霍金的“霍金辐射”就是发生在黑洞外面。霍金的学们和追随者们在天体物理学文献中发表的论文汗牛充栋,都是一些和广义相对论无关的猜想。比如,如果你看到一种环状或者盘状的天体,便猜想这可能是一种旋转的黑洞。如果你看到这环状或者盘状的天体中间有一条发亮的轴,可以进一步发挥想象力,猜想这是因为附近的气体或者物质甚至星体被黑洞中心吸入,因为高速运动摩擦生热,使得被吸入的物质一部分转化成能量,沿着旋转轴从两边射出。

  这些猜想有些意思,但都不是爱因斯坦的意思,也和广义相对论无关。任何人对着一张天文图都可以有不同的猜想。不信你对着马头星云凝视,然后让您想象的翅膀尽情地飞翔,看看能想象出多少言之成理的动人故事。在近代和当代天体物理学界,许多猜想都尽量和广义相对论挂钩,唯其如此才能得到主流的认可和重视。科学上的猜想是允许的,有时候也是必须的,但是这里我们不能忘记科学的严谨,不要把“疑似支持” “有可能”随便说成是“实验证实”。

  一个前车之鉴就是爱丁顿的日食观测实验。他观察到了掠过太阳表面的光线弯曲,便立即宣称这种弯曲是太阳引力造成的,宣称证实了爱因斯坦的广义相对论,而完全忘记了日冕会像地球大气一样使光线折射弯曲。这一事件立即被泰晤士报在头版炒作,成了相对论行时的最重要的历史原因。另一个教训是对宇宙红移的解释。哈勃观察到了星体谱线红移和距离之间大致的线性关系。哈勃立即解释为红移是因为天体运动造成的多普勒效应。这一解释的直接结论就是整个宇宙在大约150亿年前的半径等于零,在此之前宇宙不存在。多普勒红移解释有几个明显谬误的结果:1)无中生有的宇宙创造论;2)地球是宇宙的中心;3)宇宙膨胀速度超过光速。就是这样一个对宇宙红移不合逻辑的解释,造成了宇宙学与天体物理近一个世纪的乱象。

  殊不知,运动不是造成红移的唯一可能原因。还有一个可能的原因是宇宙媒质对光线的色散衰减。这个问题我在“Dispersive Extinction Theory”一文中有详细的阐述。此文于2005年发表于Physics Essays, Vol 18, No2。我的DET理论中的宇宙是稳定的,在时间和空间上都是无穷的。既没有宇宙的创生,也没有宇宙的湮灭,也不需要地球位于宇宙中心。从爱丁顿的日食实验和哈勃的宇宙红移实验的教训,我们可以看到对观测结果的正确解释多么重要。在对待EHT电脑合成照片的解释上,我们同样必须坚持科学的严谨,否则后果是灾难性的。

  我有一个数学界的朋友来信询问说,你所说的时空反转,是不是就是所谓的“timelike”, “spacelike”, “lightlike”?不一样。玩弄这些词汇是人们用来淡化时空反转问题的严重性的手段,听起来好像时空反转不存在似的。“timelike” 和 “spacelike” 是在狭义相对论中用来表示两个事件之间的因果联络关系。如果两个事件离得很近,它们之间可以通过光线传播建立因果联络,就说这两个事件之间的关系是“timelike”。如果两个事件离得很远,它们之间即使以光线传播也无法建立因果联络,就说这两个事件之间的关系是 “spacelike”。至于“lightlike”,和广义相对论黑洞里面的时空反转毫无关系。

  广义相对论黑洞中的时空反转则是完全另一码事。如上所述,它是因为黑洞里面的半径r 小于施瓦兹查尔德半径 rs 而造成时间微分元和半径微分元改变符号。半径微分元变成正的,成了时间微分元;时间微分元变成负的,和其他两个空间坐标,也就是极角和方位角的微分元同样都是负的,因而时间,极角和方位角三个坐标组成黑洞里面的空间。为什么微分元的符号如此重要?因为微分元的符号直接决定时空度规的结构。在狭义相对论里,物理的时空度规叫闵可夫斯基度规。这是一种赝欧几里得度规,就是时间微分元与空间微分元符号相反。

  到底是时间微分为正还是为负是可以选择的,但是一旦选定,空间微分必须是相反的符号。如果时间和空间微分元都是正的,则整个广义相对论都要天翻地覆。所有微分元都是正的度规所描绘的空间叫欧几里得空间。不包含时间的三维空间是欧几里得空间。一旦包含时间,变成四维时空,就必须是赝欧几里空间。时空微分的正负关系在广义相对论里也是不能变的,因为根据广义相对论的等效原理,引力场中任何一点的时空度规都可以通过一个坐标变换变成闵可夫斯基度规。或者说,任何一个时空点的曲面座标系都有一个赝欧几里得坐标与之相切。这个等效原理的通俗说法是在一个自由落体的坐标系内好像引力不存在。

  凡是学过广义相对论的朋友都应该知道度规张量的重要性。可以说,度规决定一切。给定一个度规,就决定了度规联络,黎曼张量,里奇张量,黎曼曲率,爱因斯坦张量和短程线方程,也就是说,时空度规决定了引力场的所有力学性质。正因为如此,得到了度规张量,就是得到了爱因斯坦引力方程的解。所以度规张量时空微分元的反号非同小可,不是玩弄语言称之为“timelike”和 “spacelike”就可以把问题藏到地毯下面。谓予不信,这些朋友不妨做做黑洞里面和黑洞界面上的黎曼几何,就知道厉害了。可以说,在黑洞里面连洛伦兹协变性都无法遵守,甚至无法定义。

幸运快三   黑洞问题是认识广义相对论谬误的一个角度,要对广义相对论做一个正确的评价,应该从不同角度全方位地深入地剖析其理论,实验检验以及应用。可惜,在长达一个世纪的文献中,这种综合性的评论尚付阙如。2015年,在全球纪念爱因斯坦发表广义相对论一百周年之际,我写了一篇“One Hundred Years of General Relativity – A Critical View”,发表于Physics Essays, Volume 28, No 4, pp421-442,对广义相对论场方程的建立,求解,线形近似,运动方程,实验检验,做了一个虽然简短但是相当彻底的分析,也谈到了多重宇宙和黑洞,白洞,虫洞以及时空穿越概念的引入以及近年热门的量子引力话题。我把这篇文章的中文版 “广义相对论百年”放在我的博客网站上,国内有些媒体也在转载。

幸运快三   希望我的这篇短笺能够回答您老提出的问题。您虽然年事已高,仍然老骥伏枥,志在千里,令晚辈不胜钦佩。前蒙推荐,使拙文能够和祖国学术界广大读者见面,深表谢忱。足见先生对科学对国家的高度责任感和对后学的关爱。可以告慰您老的是,我的意见和工作慢慢得到了学界的关注,特别是在“One Hundred Years of General Relativity – A Critical View” 和 “Unification of Gravitational and Electromagnetic fields” 发表以后,关注度有明显的起色。Scholars’ Press立即来信要我将统一理论成书出版。忙了几个月,这本书终于出版了[Ling Jun Wang, Unification of Gravitational and Electromagnetic Forces, Scholars’ Press, 2019, ISBN 978-3-639-51331-8]。

幸运快三   去年在维也纳报告了统一理论以后,陆续收到十几个会议邀请作关于统一理论的主旨报告。我选了几个,将于今年夏天去参加赫尔辛基,柏林和伦敦的会议。最重视的是芬兰物理学会和哲学学会。他们负责我参加会议的往返机票和食宿等一切费用,说明他们的热情诚恳。他们希望我就物理学与哲学的关系做一个主旨报告,还希望录像采访,可见盛情。的确,理论物理学界之所以走入迷途,关键是自然哲学和指导思想的迷失。这点,我在《致中国物理学界建议书》中亦有表述。我感觉到,理论物理学界似乎在开始解冻。我好像看到了物理学复兴的曙光。

  愿您老好好保重身体,以期负重致远。

下一篇:没有了