第一张黑洞照片是否隐瞒了什么?
发表光阴 >2019-05-23 16:15 来源 未知

  


  梅晓春(1) 黄志洵(2)

  (1)福州原创物理研究所

  (2)中国传媒大学信息工程学院

 >2019年05月23日,由多国天文学家合作的事件视界望远镜项目组(EHT),颁布的一张黑洞照片,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实践。

  咱咱咱们不否认该项目研究职员支付的极力和获得的成就,能获得如许的照片是一个很不容易的工作。但这此中也存在很多疑问,咱咱咱们在此提出三个成就,盼望介入试验的天文学家可以或许解释,并借此机遇让"大众了解工作的真相。

  一.照片中的黑洞是真黑的吗?

  这张黑洞照片(见图1)是用全球分歧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)中央同时停止观测,将收集到的数据停止停止两年的阐发和综合处理,在计算机上合成获得的。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地区代表什么意义。
 

  图1. 第一张黑洞照片(中央黑暗区是M87星系的中央)
 

  在一样平常人的印象中,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分歧,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,没有人想宇宙天体也会发射无线电波。直到1930年,美国贝尔电话公的工程师卡尔·央斯基,发现来自河汉系人马座偏向的无线电噪音后,才引起人咱咱们的注意,并逐渐睁开到如今的具有举足轻重的感化射电天文学。上世纪六十年月的四大天文发现:类星体、脉冲星、星际分子和微波配景辐射,都是利用射电天文望远镜获得的。

  咱咱咱们知道,人的肉眼能看获得的是可见光,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,射电波只占此中非常小的一部分。只是因为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试验组的射电天文望远镜采纳的是亚毫米波段,严厉地说是1.3毫米无线电波。因此这次颁布的黑洞照片,只针对波长为1.3毫米无线电波而言,图1中央地区的的无线电波发射能力很弱,咱咱咱们只能在这种意义上说它是黑的。至于其余规模更广的波段上是否存在辐射,图片中央地区对其余波段的辐射是否也是黑的,EHT试验组并没有给出说明。因此咱咱咱们有什么来由认为,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,在此中央区是非常明亮的,基本看不到黑影。要证明它的中央存在类似与图1黑洞,就必需证明在这个地区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民众的嫌疑,它只是对付1.3毫米的波段,这个地区是黑洞,并没有证明这个中央地区对其余的波段的辐射也是黑的。如果采纳红外光波段,可见光波段,紫外线波段,甚至X射线波段拍摄,这个地区也是黑的吗?这显然是不太可能的,至少EHT试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,必要更多的证据。EHT试验组为什么就不能实话实说呢?如许浅显的道理,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 的黑洞照片另有一个显著的漏洞。从图2右上方看出,M87星系中央有一条弘大喷流向外喷出。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,而且是间接从星系中央喷出,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实践,射电天体发射无线电波的机理如图4所示。在星系中央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感化下被迫做旋进运动,根据麦克斯韦经典电磁场实践,就会发射电磁波。因为喷流中带电粒子的运动速率接近光速,就会发射出很强的无线电波,其强度可以或许或许超过带电粒子发生的可见光的强度。事实上,在目前的天体物理学中,天文学家重要依靠观测喷流过程发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用意
 

  比如最先的射电天体天鹅座A,便是颠末过程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、最壮大的射电星系(见图5)。两个弘大的赤色的瓣状布局,代表射电辐射。射电波颠末过程狭长的喷流与中央椭圆星系相连,右个瓣到另外一个瓣的空间距离超过30 万光年。虽然喷流与星系中央的衔接线没有图3那样显著,但它的存在使毋庸置疑的。图中央的白色地区隐约可见一条赤色细线,从星系中央射出,间接与右边的赤色地区相连。无线电波辐射的强度是非常可观的,而且显然是从星系中央收回的。蓝色地区则为X射线辐射,具有椭球状散布。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。赤色为无线电波辐射,蓝色为X射线辐射。
 

  在图4的黑洞吸积盘上,绕星系核运动的物质重要发射红外光,可见光和X射线等。虽然它咱咱们不发射无线电波,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,环抱黑洞中央地区的赤色光圈实际上也是代表无线电波。它咱咱们原本都是看不见的,为了显示它咱咱们的存在,EHT试验组将它咱咱们涂上赤色,看上去给人的错觉是,黑洞周围的物质收回可见光。

  然而奇怪的是,在图1的黑洞照片中,咱咱咱们基本看不到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 中应当有一条色强烈的红黄带,从黑洞中央斜穿到右上角,但却完全看不到,一点痕迹都没有。

  因此图1的黑洞图像是不真实的,至少是不完全的,EHT试验组一定隐瞒了什么东西。特别是从图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余频的辐射。不论望远镜采纳什么工作频率停止观测,都一定会在照片中留下痕迹。由此推断,图1中本从当有一条从黑洞中央向外辐射的射线,但图像却被删除,以免黑洞只进不出的饕餮形象被颠覆。

  因此EHT试验组存在嫌疑,故意删掉从黑洞中央向外辐射的无线电波图像。如许做的动机是可以或许或许懂得的,否则从黑洞中央向外吐出一条弘大的金黄色大水,这张相片怎么可以或许或许称为第一张黑洞照片呢?

  这里就触及到所谓的黑洞到底是一种什么东西?和第一张黑洞照片是否证实爱因斯坦实践的广义相对论的成就。如下咱咱咱们来讨论。

  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实践独有的,牛顿引力实践中也有黑洞。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进去的,指的是如果一个天体的品格足够大,此中光是无法透射进去的。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,如今的相对论专家老是奉告大家,黑洞了是爱因斯坦提进去的,基本不提牛顿黑洞。
 

  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。黑洞的中央是一个别积无穷小的奇点,物质被压缩到一个点,密度无穷大。黑洞界限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,最不行理喻的一点是,在黑洞内光阴和空间要互换。通俗地说,便是说光阴变成空间,空间变成光阴。这种工作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,完全不行理喻。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实践,就请相干研究职员解释一下,在照片中哪里看出,黑洞内的物质被压缩到一点,视界内的其余点上是真空?同时请他咱咱们解释一下,从哪里看出黑洞内部光阴变成空间,空间变成光阴?如果他咱咱们给不出解释,凭什么认为,这张黑洞照片证实了爱因斯坦黑洞实践呢?

  相反,如果照片中是牛顿黑洞,则统统都是正常的。根据EHT试验组供给的数据计算,M87星系中央黑洞的品格是65亿个太阳品格,半径为10的13次方米,品格平均密度则为每立方米0.8千克。注意到地球外面大气密度为每立方米1千克,M87中央黑洞的密度比地球外面大气密度还低,远远不如太阳表层的物质密度。因此它一点也不吓人,与一样平常人想象的黑洞环境基本不一样。

  为什么会如许呢?因为根据黑洞半径公式计算,大黑洞的物质密度可以或许或许很低,小黑洞的物质密度才会很高。事实上,可以或许或许把咱咱咱们目前观测到的宇宙看成一个牛顿黑洞。在宇宙内部看,光线也无法逃脱。但在宇宙内部统统正常,太阳照常发光,地球还是绕着太阳转,人类照常生活。这便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,因为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艰难的,可以或许或许说几乎不行能的。因此目前天体物理学计算黑洞外吸积盘上物质的运动时,采纳的实际上是牛顿引力的办法,至多加上一点洛伦兹变换。在这种环境下,洛伦兹变换具有相对性,与爱因斯坦相对论无关。对付这种现状,相对论学者嘴上不说,实际上是心知肚明的。牛顿引力实践与爱因斯坦引力实践不是近似相干,而是完全不相容的两个别系。一个用力来描述引力,另外一个用时空弯曲来描述引力,它咱咱们是基本无法捏在一路的。爱因斯坦引力实践漏洞百出,在实际应用上是基本无法与牛顿实践抗衡的。虽然牛顿引力实践也必要改良,但不是爱因斯坦那种怪诞的改良。

  中国科学院高能物理研究所研究员张双南老师,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,便是认为爱因斯坦奇异性黑洞是数学上的东西,在试验上是不行观测的,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设法主意。他咱咱们明知爱因斯坦实践不对劲,却仍然不得不持续做上来。

  本文笔者之一梅晓春,曾屡次加入国内的引力物理学术集会。常听到有些学者在会上发言时,对爱因斯坦实践讴歌有加。等他咱咱们下来后就上去问,你的计算用的到底是牛顿实践还是爱因斯坦相对论?对此他咱咱们会马上避口不谈,拱手相让,并逃之夭夭。难言之隐,显于言表。

  在优酷视频中还可以或许或许看到,美国斯坦福大学的一名名物理传授,在大讲堂上讲授爱因斯坦黑洞的实践。一名门生站起来说,按照你的意思,黑洞中时空坐标互换,便是将话殉咦佣黑洞,它会变成钟。此话引起哄堂大笑,搞的那位传授面红耳赤,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。颠末过程与爱因斯坦引力实践停止数拟合,他咱咱们就认为接遭到引力波的图像。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,两个黑洞碰撞发生的引力波,他咱咱们接遭到引这个力波。并认为他咱咱们实现为了爱因斯坦引力实践的末了一块拼图,证实了爱因斯坦弯曲时空引力实践。全然顾他咱咱们基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拟合和图像匹配游戏。

  消耗国度的大批科研经费,科学以墼勖潜要向社会有个交代,特别是必要供给真实的研究结果。哪怕什么也没有获得,总比停止欺骗好吧。社会民众有权请求知道真相,谁也不乐意被人蒙在鼓里,还要掏腰包。对付第一张黑洞照片,就以上提出的三个成就,咱咱咱们盼望相干研究职员对社会民众有个解释。

  分外是,照片中本从Φ贝在的,那条从黑洞中央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呼,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?黑洞另有视界吗?爱因斯坦黑洞实践还能树立吗?

  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束缚日报新闻记者专访时说:“爱因斯坦是对的,他在一百多年条件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。”

  咱咱咱们并不关怀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。咱咱咱们关怀的是,这张黑洞照片的真与假。因此请问沈志强老师和袁峰老师回答如下三个成就:

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

  2. 照片中本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?从哪里看出视界内光阴和空间互换?如果都看不进去,凭什么认为这张照片证实了爱因斯坦黑洞实践?

  对付第一张黑洞照片,美国田纳西州大学物理天文系毕生传授,王令隽老师也写了一篇文章,与笔者有相同的看法,并供给更多的证据,证明爱因斯坦广义相对论是不行能树立的。笔者特将这篇文章附于本文之后,供读者参考。

  对付 EHT 黑洞照片答黄志洵传授

  王令隽>2019年05月23日

  作者按:EHT黑洞照片颁布以后,媒体和自媒体上都在热议。我的很多同伙自然来信问及。我在微信群里做了一点简短回答。昨日国内一名黄传授来信询问此事,深表关切。黄传授不停对故国的科学事业和睁开远景非常关怀,虽然年事已高,仍然没有放弃对科学事业的任务,使我非常感动。于是我写了一篇比较详细的答复。我想,国内外一定有不少网友也对此非常关怀,所以将这封复信中的方程式去掉,弄成一个可以或许或许放在华夏文摘上的稿子,以飨读者。迎接各位网友的批评指正。

  黄老老师,您好!

  您所说的EHT黑洞照片,媒体最近确切炒得很厉害,成为了热门话题。立刻有一些同伙颠末过程自媒体问及,我也作了一些简短回答。我想关怀这个成就的同伙很多,于是就不揣浅陋,对广义相对论的黑洞成就作个比较详细的介绍。

  在爱因斯坦提出广义相对论曩昔,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。向心力正比于速率的平方。速率越大,向心力越大。但是物體的速率是有限的。當時人們知道的最快的速率是光速。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率極限。所以,人們自然會問,會不會有這樣的情況,便是某個星球的引力可以或许或许大到即使物體以光速邉右矡o法逃脫的程度?这种环境实践上是存在的。

  比如说,如果太阳的统统品德收缩到半径只要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,一个太阳外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。如果地球的统统品德收缩到半径只要4.5毫米的小球的时候,在这小球外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,咱咱咱们以中子的品德密度作个比较。中子的品德为一个原子单位,半对嘉一个费米,所以中子的品德密度约为每立方米4乘以10的17次方公斤。中有的密度应该在这个数目级。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,就从品德密度来看,黑洞的概念也是不行思议的。

  上面以經典实践讨论“黑洞”成就,显然有一个必要的大条件,那便是受黑洞吸引的物体必需有品格,必需服从万有引力定律,否则全体推理从一开端就不树立。即使咱咱咱们把光看成是光子束,因为光子的品格等于零,光子也不受万有引力的束缚。其次,经典电磁感化力和万有引力是互相自力的两个基本感化力。电磁场和电磁波不管在实践上还是试验上都和万有引力无关。光便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成就。因此,即使存在经典意义上的“黑洞”,光子也是可以或许或许逃离的。经典物理中的光基本就不是物质,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束缚呢?因为爱因斯坦假定光子在引力场中的运动遵照短程线。这是一条追加的基本假定,不是从黎曼几何推导进去的,也不是从广义相对论的引力场方程推导进去的。广义相对论中的黑洞和经典的黑洞意义不一样,所以,咱咱咱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需相符两个本质特性:1)在黑洞的界限上引力无穷大;2)在黑洞里面光阴和空间反转,光阴变成空间,空间变成光阴。如果不能证实这两点本质特性,仅仅展现一张黑圈圈图片,不敷以说明那便是黑洞,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情势上看似简略,其实是一个包含六个自力方程的非常复杂的非线性二阶偏微分方程组。如果把界限条件和初始条件母杂性加进来,任何数学家都只能望洋兴叹。爱因斯坦树立了这个方程以后,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略的界限条件下的解,也便是球对称品德的静止引力。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,全体解没有意义。

  这个分外的半径值 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,即使速率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地区,所以这个地区叫“黑洞”。施瓦兹查尔德半径定义了一张三维球面,叫event horizon,也便是黑洞的界限。在黑洞界限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”而不是黑洞界限,也通,便是更玄乎,让一样平常读者不知所云。EHT望远镜的意思便是Event Horizon Telescope 的英文字头缩写。

  除了奇点成就以外,“黑洞”另有一个本质特征, 便是黑洞里面时空反转。空间坐标微分 dr 的系数是正的,变为光阴坐标微分;而光阴坐标微分 dt 的系数和dq, df 一样,都是负的,一路构成三维空间坐标微分。这便是时空反转现象。有人认为,dr 的系数变成正的,只不过是“timelike” 而已,不是真的变成为斯阴;同样, dt 的系数变负,只不过是 “spacelike”而已,不是真的变成为了空间。这些老师咱咱们用“timelike” 和 “spacelike”如许的字眼来淡化一个重的悖论,以掩护爱因斯坦和相对论的尊严。殊不知,dr 和 dt 的符欧醋以后,黑洞里面的时空就基本不是赝欧几里得时空或许赝黎曼时空了,也不相符洛仑兹协变性了。时空反转是比无穷大发散还要荒唐的佯谬。

  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基本性的艰难。所以拥护相对论的实践家咱咱们便想尽办法回避或许挽救。采取回避计谋的一个代表是粒子物理模范模子的奠基者之一,诺贝尔物理奖得主斯蒂文温伯格。他基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>2019-05-231-92567-5]。我也否认黑洞的存在,来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成便是为了掩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实践的奇点和时空反转,偏向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如许的基本性成就,学界不只没有质疑,反而掀起了研究黑洞的高潮,黑洞研究居然成为了实践物理和天体物理研究的显学,构成为了一个国际性的产业。在黑洞研究的高潮中,霍金成为了一个胜利的弄潮儿和这一产业中的最大受害者。他的成名,便是所谓的“霍金辐射” 和“霍金蒸发”。霍金的这些“发现”,其实并不是发现,而是创造。不存在的东西是不行能被发现的,但是却可以或许或许被实践家咱咱们创造进去。霍金是如何创造出“霍金辐射”的呢?

  他假定,在黑洞界限外面的邻近地区,因为海森伯测不准原理的神奇功效,会从真空中无中生有地发生正负粒子对。此中一个粒子会进入到黑洞,另外一个会跑出去成为信息的源泉。所以洞的观察者可以或许或许观察到黑洞。这便是轰动宇宙学界的“霍金辐射”。这项工作为霍金博得了意想不到的名利。1980年他被聘为剑桥大学的Lucasian讲座传授(牛顿,狄拉克都曾任这个讲座传授),名声大噪。

  2004年霍金公开承认自己30年条件出的黑洞实践的错误。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。” “正確的谜底仍然是個謎。” 2014年他在arXiv上貼出的文稿中说:“不存在黑洞界限(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“爱因斯坦之后最弘大的天才”和黑洞实践祖师爷。霍金认错并否认黑洞的存在,是不是意味着黑洞实践研究的终结,意味着全世界今后就吸取教训,认识到跟着权势巨子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。在他的旗号下已经训练了一支庞大的实践和试验步队。而今霍金突然认错,使得不停追随他纵横驰骋的战士咱咱们陡然失去了战斗偏向,失落了战斗的意义,不知如何是好。他咱咱们不停唯霍金的马首是瞻,但是如果人咱咱们以为霍金認錯意味著黑洞实践和大爆炸实践今后就会从学术界消失,则是对实践物理学界的黑暗太不了解。

  黑洞实践和大爆炸宇宙学颠末几十年的睁开,已经构成为了一个包含实践和试验步队的巨大产业。要想突然宣布破产,谈何容易。这成千成万的职工如何安顿?尽管霍金已经被捧为顶级权势巨子和明星,但且坏┧的言行危及到全体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,便且桓大成就了。咱咱咱们有历史的先例。爱因斯坦被主流认定为最巨大的科学家。可是当爱因斯坦抛弃他的宇宙因子以后,从事宇宙学研究的实践家咱咱们并没有听爱因斯坦的话,而是持续高举爱因斯坦的宇宙因子,用在大爆炸宇宙学中。他咱咱们而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成就。

  可是爱因斯坦本人从来不承认黑洞的存在,因为他知道黑洞界限上的无穷大发散和黑洞里面的时空反转是致命的实践佯谬。承认了黑洞的存在无异于彻底否认广义相对论的全体实践。可是爱因斯坦的否认并不能阻挡后人包含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,黑洞巨星和权势巨子霍金暮年否定黑洞的存在,认为黑洞研究是他一生铸成的大错,也不能阻挡后人持续停止黑洞的研究项目。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确定和力图生计的本能。所以,黑洞研究和大爆炸实践研究还会在学术界存在相当长的时期。

  热鏓HT(Event Horizon Telescope)便是一个多国合作南目。加入者有来自十几个国度和地区的几百位科学家,联网的有八个射电天文台,此中美国三个,智利两个,西班牙,墨西哥各一个,另有一个SPT在南极。SPT虽然联网了,但是南极观测不到M87星团。如果从树立各个射电天文台的光阴算起,也是几十年的极力了。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,对付被大爆炸宇宙学节制而处境日益艰难的天体物理学界,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博得诺贝尔奖,也是完全可能的。

  此前有LIGO引力波试验博得了诺贝尔奖,也有LHC的天主粒子探测试验获得了诺贝尔奖,都是先例。像这种大规模的国际合作项目,不管人力物力都是其余科研项目无法比的。对其确定与否,间接影响到社会对此类超大型科研项目(Big Science)的进一步支撑。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,跟着研究项偏向大型化和国际化,社会因素的分量也越来越重了。这使很多科学也环,以为科学应该和政治无关。科学确切应该和政治无关,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。对此咱咱咱们也要正视实际。

  要紧的是,咱咱咱们要以平常心看待诺贝尔奖,不要以为一个工作一旦取得了诺贝尔奖,便是相对真理。诺贝尔奖只是主流学术界对昔时工作的评比挑选,付与一个比较特出的工作而选不见得这些工作便是真理或许历史的定论。可以或许确定,对付天主粒子探测,LIGO引力波试验和最近的EHT黑洞照片,历史今后会有分歧的评定。

  那末,咱咱咱们怎么正确地认识这张颁布了的EHT黑洞照片呢?其实很简略,这便是一张天体照片,和广义相对论毫无相干,也基本不能作为证实广义相对论的间接证据。要和广义相对论扯上相干,必需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”的界限(Event Horizon)上时空度规无穷大发散;2)在这个界限(Event Horizon)以内光阴与空间反转。如果不能证明这两点,那就基本不能说这张照片便是广义相对论黑洞。

  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,所以统统的彩色都不是间接观测的,而是根据数学模子模拟计算进去的。但是,这不是我要说的基本成就。我无意挑衅EHT团队的敬业精力和学术诚笃,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许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相干,除非你能证的闼观察到天体具有界限上的无穷大发散和内部的时空反转。

  可是,EHT试验团队不是有实践团队为试验供给实践准备吗?难道他咱咱们没有证明他咱咱们所观察的天体具有广义相对论黑洞的本质特性?没有,相对没有。没有任何人可以或许证明一个界限上度规无穷大发散界限内时空反转的天体的存在。那么,这些实践家做了些什么实践工作呢?他咱咱们做的工作除了根据天体品格对黑洞停止分类以外,其余全体都是在广义相对论黑洞界限外边做的文章。

  比如,霍金的“霍金辐射”便是发生在黑洞外面。霍金的学咱咱们和追随者咱咱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许盘状的天体,便猜想这可能是一种旋转的黑洞。如果你看到这环状或许盘状的天体中央有一条发亮的轴,可以或许或许进一步发挥想象力,猜想这是因为附近的气体或许物质甚至星体被黑洞中央吸入,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或许有分歧的猜想。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。在近代和现代天体物理学界,很多猜想都尽量和广义相对论挂钩,唯其如斯能力获得主流的承认和看重。科学上的猜想是允许的,有时候也是必需的,但是这里咱咱咱们不能忘记科学的谨严,不要把“疑似支撑” “有可能”随便说成是“试验证实”。

  一个前车之鉴便是爱丁顿的日食观测试验。他观察到了掠过太阳外面的光线弯曲,便立刻宣普庵滞淝是太阳引力形成的,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。这一事件立刻被泰晤士报在头版炒作,成为了相对论行时的最重要的历史原因。另外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相干。哈勃立刻解释为红移是因为天体运动形成的多普勒效应。这一解释的间接结论便是全体宇宙在大约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显著谬误的结果:1)无中生有的宇宙创造论;2)地球是宇宙的中央;3)宇宙膨胀速率超过光速。便是如许一个对宇宙红移不合逻辑的解释,形成为了宇宙学与天体物理近一个世纪的乱象。

  殊不知,运动不是构成红移的唯一可能原因。另有一个可能的原因是宇宙媒质对光线的色散衰减。这个成就以“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实践中的宇宙是稳固的,在光阴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,也不必要地球位于宇宙中央。从爱丁顿的日食试验和哈勃的宇宙红移试验的教训,咱咱咱们可以或许看到对观测结果的正确解释何等重要。在创鼸HT电脑合成照片的解释上,咱咱咱们同样必需对峙科学的谨严,否则后果是劫难性的。

  我有一个数学界的同伙来信询问说,你所说的时空反转,是不是便是所谓的“timelike”, “spacelike”, “lightlike”?不一样。玩弄这些词汇是人咱咱们用来淡化时空反转成就的严重性的手腕,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相干。如果两个事件离得很近,它咱咱们之间可以或许颠末过程光线流传树立因果联络,就说这两个事件之间的相干是“timelike”。如果两个事件离得很远,它咱咱们之间即使以光线流传也无法树立因果联络,就说这两个事件之间的相干是 “spacelike”。至于“lightlike”,和广义相对论黑洞里面的时空反转毫无相干。

  广义相对论黑洞中的时空反转则是完全另外一码事。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 而形成光阴微分元和半径微分元改变符号。半径微分元变成正的,成为了光阴微分元;光阴微分元变成负的,和其余两个空间坐标,也便是极角和方位角的微分元同样都是负的,因而光阴,极角和方位角三个坐标构成黑洞里面的空间。为什么微分元的符号如斯重要?因为微分元的符号间接决定时空度规的布局。在狭义相对论里,物理的时空度规叫闵可夫斯基度规。这是一重团芳里得度规,便是光阴微分元与空间微分元符号相反。

  到底是光阴微分为正还是为负是可以或许抉择的,但是一旦选定,空间微分必需是相反的符号。如果光阴和空间微分元都是正的,则全体广义相对论都要天翻地覆。统统微分元都是正的度规所描画的空间叫欧几里得空间。不包含光阴的三维空间是欧几里得空间。一旦包含光阴,变成四维时空,就必需是赝欧几里空间。时空微分的正负相干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或许颠末过程一个坐标变换变成闵可夫斯基度规。或许说,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从容落体的坐标的诤像引力不存在。

  凡是学过广义相对论的同伙都应该知道度规张量的重要性。可以或许说,度规决定统统。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,也便是说,时空度规决定了引力场的统统力学性质。正因为如斯,获得了度规张量,便是获得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”就可以或许把成就藏到地毯下面。谓予不信,这些同伙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。可以或许说,在黑洞里面连洛伦兹协变性都无法遵照,甚至无法定义。

  黑洞成就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估,应该从分歧角度全方位地深入地剖析其实践,试验检验和应用。上,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树立,求解,线形近似,运动方程,试验检验,做了一个虽然简短但是相当彻底的阐发,也谈到了多重宇宙和黑洞,白洞,虫洞和时空穿梭概念的引入和比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。

  盼望我的这篇短笺可以或许回答您老提出的成就。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,使拙文可以或许和故国粹术界宽大读者见面,深表谢忱。足见老师对科学对国度的高度任务感和对后学的关爱。可以或许告慰您老的是,我的意见和工作慢慢获得了学界的存眷,分外是在“One Hundred Years of General Relativity – A Critical View” 和 “Unification of Gravitational and Electromagnetic fields” 发表以后,存眷度有显著的起色。Scholars’ Press立刻来信要我将同一实践成书出版。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]。

  去年在维也纳申报了同一实践以后,中盏绞几个集会约请作对付同一实践的主旨申报。我选了几个,将于今年夏天去加入赫尔辛基,柏林和伦敦的集会。最看重的是芬兰物理学会和哲学学会。他咱咱们卖力我加入集会的往返机票和食宿等统统用度,说明他咱咱们的豪情亲热诚恳。他咱咱们盼望我就物理学与哲学的相干做一个主旨申报,还盼望录像采访,可见盛情。的确,实践物理学界之所以走入迷途,关键是自然哲学和指点思惟的迷失。这点,我在《致中国物理学界建议书》中亦有表述。我感觉到,实践物理学界似乎在开端解冻。我好像看到了物理学中兴的曙光。

  愿您老好好保重身体,以期负重致远。

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