霍金錯了嗎？ 新研究挑戰黑洞理論 提出「凍結星」概念

以色列學者研究指出，黑洞可能並不存在，而是「凍結星」；黑洞示意圖。（圖翻攝自NASA）

〔編譯陳成良／綜合報導〕黑洞是宇宙中最神秘的天體之一，但一項新的研究卻指出，黑洞可能並非我們過去所理解的那樣。近日，由以色列本·古里安大學（Ben-Gurion University）物理學教授布魯斯坦（Ramy Brustein）領導的研究團隊，在《物理評論 D》（Physical Review D）期刊上，發表了一項關於「凍結星」（frozen stars）理論的研究，指出黑洞可能是名為「凍結星」的奇異量子物體。

據澳洲科學媒體《Science Alert》報導，凍結星與黑洞在某些方面相似，但存在關鍵差異，可能解決所謂的「霍金輻射悖論」（Hawking radiation paradox）。這個悖論由已故物理學家霍金（Stephen Hawking）提出，指的是黑洞事件視界（event horizon）發出的輻射，似乎不攜帶任何關於形成黑洞物質的訊息，這與量子力學「信息守恆」的原則相矛盾。

此外，凍結星的中心，預計並不存在傳統黑洞模型中的「奇點」（singularity），也就是密度無限大的點。這也解決了物理學上，無限大不可能存在於自然界的矛盾。通常，當一個理論出現無限大時，就代表這個理論可能存在局限性。

布魯斯坦表示：「凍結星是一種黑洞模擬物：超緻密的天體物理物體，沒有奇點，也沒有事件視界，但可以模擬黑洞的所有可觀測特性。如果它們真的存在，那將表明，需要對愛因斯坦的廣義相對論，進行重大且根本性的修改。」

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1916年，德國物理學家史瓦西（Karl Schwarzschild）首次描述了黑洞的經典模型，認為黑洞具有兩個主要特徵：一個密度無限大的「奇點」，以及一個任何物質，甚至連光都無法逃逸的邊界，稱為「事件視界」。然而，當引入量子力學時，這個模型就出現了矛盾。

1970年代，霍金發現，事件視界附近的量子效應，會導致粒子從空間真空中產生，稱為「霍金輻射」。這種輻射會導致黑洞逐漸失去質量，最終完全蒸發。但是，霍金輻射似乎不攜帶任何關於形成黑洞物質的訊息，導致信息丟失，違反了量子力學的「資訊守恆」（信息不滅）原則，這就是「資訊丟失悖論」（information loss paradox），也是理論物理學中最重大的挑戰之一。

布魯斯坦團隊發現，如果黑洞實際上是由一種超剛性物質所組成的緻密天體，其特性受到弦理論（string theory）的啟發，那麽它們就不會坍縮成密度無限大的奇點，並且其大小略大於傳統的事件視界，從而阻止了事件視界的形成。凍結星模型解決了傳統黑洞模型的悖論，因為它既沒有事件視界，也沒有奇點。

與傳統黑洞不同的是，凍結星預計具有內部結構，儘管其特性是由量子引力決定的，但這也為科學家提供了，區分凍結星與黑洞的可能性。關鍵證據可能存在於黑洞合併過程中產生的重力波（時空結構中的漣漪）中。布魯斯坦表示：「這是差異最明顯的時候。」

雖然凍結星模型為解決傳統黑洞的悖論，提供了一個潛在的解決方案，但科學家仍然需要透過實驗來驗證它。如果凍結星模型的任何預測被證實，都將對天體物理學產生革命性的影響。