巴西圣保罗州立大学的物理学家George Matsas和André da Silva最近提出，量子穿隧效应（quantum tunneling）能够剥离黑洞的外层，直至露出它的“内心”——奇点（singularity）。这一发现有望使人类从外部一瞥黑洞的内部情况，相关论文发表在近期的《物理评论快报》（PRL）上。

　　黑洞的引力非常强大，甚至连光线也无法逃脱，黑洞没有光线射出的边界称为“视界”（event horizon）。显而易见，视界内的情况是处于外部的人类所无法直接了解的。20世纪60年代，理论物理学家罗格•彭罗斯与霍金分别证实了黑洞中央会不可避免地存在“奇点”，它们的时空曲率无穷大，密度也趋于无限大。1969年，彭罗斯还提出了“宇宙监督假设”（cosmic censorship conjecture），阻止“裸奇点”（naked singularity）的出现。现在，黑洞的中心存在着“奇点”已成为科学家的普遍认识。然而，经典的广义相对论只能预言奇点的发生，并不能描述在奇点处会发生什么。

　　不过，物理学家一直想知道的是黑洞的视界能否被拨离开，让奇点裸露出来。一种可能的情况是如果黑洞旋转得非常快，视界就可能消失，光和物质可能就会摆脱黑洞引力逃逸出来。

　　今年9月，美国杜克大学的物理学家Arlie Petters和英国剑桥大学的Marcus Werner提出，黑洞高速旋转引起的奇点裸露可以直接被天文学家探测到，因为这些奇点可以起到非常强的“引力棱镜”作用，能够将来自它们背后的恒星光芒通过时空扭曲进行弯曲。他们表示，现有望远镜的空间分辨率足以在银河系的中央发现这样的裸奇点。该研究发表在《物理评论D》上（论文摘要）。

　　然而，黑洞如何才能旋转地足够快呢？20世纪70年代的研究表明，黑洞的自旋加速无法通过积吸作用实现，因为角动量的增加会被额外质量的减速作用“中和”。要让黑洞的角动量增加并最终实现裸奇点，粒子必须以相当高的速度和相当大的掠射角接近视界，从而在第一时间不会被吸入视界内。

　　值得注意的是，在经典的相对论框架下，科学家是无法找到创造裸奇点的方法的。不过，在最新的研究中，Matsas和da Silva提出，在半经典引力前提下，粒子的量子穿隧过程可能打破“宇宙监督”的控制。他们得出结论认为，充满电荷的黑洞如果旋转速度足够快，濒于失去视界，那么，以非经典方式获得的角动量就可能推动它越过这一临界边缘。量子穿隧效应是指量子颗粒能够穿过障碍物的独特性质，而根据经典力学理论，粒子具有的能量不足以实现穿隧。

　　与用经典粒子实现裸奇点就必须不进入视界相比，Matsas和da Silva发现，量子粒子可以穿隧进入视界，从而使黑洞超越临界，成为裸奇点。Petters评价说，“这是个不错的想法，但问题是这样的黑洞是否存在，或者所带的电荷能否维持足够长的时间，以便我们能够发现它们。”

　　Matsas谨慎指出，他们的研究并不必然与现实的“宇宙监督”相抵触，因为量子理论目前还不完善。预言黑洞的广义相对论和量子力学理论在根本上还是不调和的，物理学家的愿望就是最终找到统一的量子引力理论。他说，最终的统一理论能否挽救“宇宙监督”还是未知数，但“我们看不到任何确凿的证据和理由，来排除量子引力前提下裸奇点的存在”。

　　Matsas表示，事实上，改进的经典理论能帮助人们在第一时间弄清楚裸奇点的样子。他说，“许多科学家相信，量子引力理论将最终揭开奇点结构的面纱。”而到那时，它们或许会“对物理学相当‘友善’”，而不是像现在这样的“畸形”。

天文爱好者/新闻

图片说明：光线无法逃出视界，因此黑洞内的无限致密的奇点仍然隐藏着“真容”。
（图片来源：M. KULYK/SPL）