前几天有幸读到刘正管关于黑洞的博文，发现科学网是个好地方，于是也在这里注册了博客。

 

敝人认为刘正管提出的”空心黑洞“理论是很有创新意义的。我在此暂称其为“刘氏空心黑洞”。一个66岁的人还有如此活跃的思想，值得学习。我认为物理学重在对概念的理解，而不是光玩弄些复杂的数学，如果概念不正确，后面的数学大厦都是错的。如果顺着他的思路下去的话，我还想对一些细节问题做一点探讨。

 

这里的“刘氏空心黑洞”，是指一个实际半径小于其史瓦西半径的星系。这是可能的，因为星系的史瓦西半径同其质量成正比，而质量同半径的三次方成正比。只要质量够大，史瓦西半径总能超越星系的实际半径。

 

对于一个天体，有：

 

                                                                                        (1)

 

上式中为史瓦西半径(Schwarzschild radius)，G为万有引力常数，M为该天体的总质量，c为光速。进一步有：

 

                                                                                    (2)

 

上式中为天体的平均密度，r为天体实际半径。将(2)代入(1)有

 

                                                                            (3)

 

对于任意平均密度，只要r足够大，总可以让上式大于1，也就是史瓦西半径大于天体实际半径。假如一个天体的密度和水相当（1000kg/m^3)，那么只要它的质量大到相当于1.5亿个太阳，就会满足上式大于1，变成刘氏空心黑洞。对于星系来说，情况是一样的。

 

接下来的问题是刘氏空心黑洞是否会塌缩，甚至塌缩成一个无限小的点。按照广义相对论，黑洞里面的光线都是逃不出去的，更别说一般的物质。在万有引力的作用下里面所有的物质都会向中心收缩。那接下来会怎样？肯定会碰撞，但是不管怎么碰撞，碰撞的残余物还是逃不出去的，质量越小的物体可以跑得越远，光子跑得最远，可以逃到史瓦西半径附近，然后就还是得折回去。那是否就意味着所有物质最终会收缩到一点呢？

 

如果严格按照广义相对论，那么是的，所有物质的最终命运只能是无限接近于那个无限小的中心点，因为只有引力在起作用。

 

但是，那些大爆炸的支持者们犯的最大的错误在于他们认为广义相对论就可以描述一切了。爱因斯坦都没有这么认为。广义相对论只是关于万有引力的理论，它没有包含短程作用力（强、弱相互作用、量子简并力等）。爱因斯坦之所以没有在方程里加入其它的短程相互作用力，是因为他认为世界上的所有力是可以统一起来的，是可以用一个方程来描述的，他有大统一的信仰，所以他只是暂时还没有修改方程以考虑其它相互作用力的影响，到死都还在考虑如何改进方程使其能够描述整个宇宙的全部过程。所以大爆炸理论的支持者们把爱因斯坦对未来的憧憬，把还没有实现的方程，当成了已经发表的广义相对论的方程。这不是科学的态度。所以，科学的态度应该是认为，广义相对论已经可以比牛顿更好地描述万有引力了，但是它不是一个可以描述整个宇宙的方程，因为还有其它力没有考虑。

 

那考虑了短程作用力又会怎样？就会改变黑洞的命运？当然可能。特别是如果真实的世界和爱因斯坦的大统一信仰不吻合的话，那就有很大差别了。如果在短程或超短程上出现可以抵消甚至远远超过引力的场，那么现有引力方程在这样的短程还有什么意义呢？因为引力都可以忽略了。

 

目前已经证实的情况是，假设引力随着质量的增大而不断增大，当引力想要压碎原子的时候（把电子压入原子核），由于泡利不相容原理，会遇到电子简并力。进一步，当引力想要压碎原子核的时候，会遇到中子简并力(neutron degeneracy)...再进一步没有实验了。但是不代表没有别的力了。我的直觉和我的信仰告诉我，应该还有－但我还没证据。

 

我们再回过头来考虑刘氏空心黑洞。短程作用力决定着天体碰撞的结果。如果天体的巨烈碰撞导致碰撞者的质量大部份转化为能量（按，和超新星爆发的过程类似），只留下很少一部分质量，不足以形成黑洞，而且超过一半的天体大碰撞都象这样，那么引力就无法将物质拉拢到中心。天体质量使终可以通过碰撞变成光子再逃到史瓦西半径附近。碰撞产生的尘埃在远离中心之后又重新在引力的作用下慢慢开始形成新的天体。如果大自然按这种方式来，就可以形成刘正管所想象的宇宙循环。没有大爆炸，也没有大挤压。所以这里最关键的一点在于碰撞过程究竟会发生什么。这不是引力方程能解决的问题。

 

大爆炸的支持都们不自觉地假定了在大量的碰撞过程中，质量都还会乖乖地待在原地，成为引力的奴隶，而不会转化成能量散掉。

 

我们最后再来看看实心黑洞，恒星塌缩后形成的产物。那些认为在实心黑洞内部只有一个无限小的点的人，所犯的错误在于，只考虑了引力，即认为在黑洞内部除了引力什么也没有，或者至少没有可以和引力抗衡的力场。但事实上，由于物质的密度如此之大，比中子星密度还要大，在黑洞内部的超短程作用无处不在发生作用，或者说存在着无处不在的斥力场。只要这些微观粒子间的斥力场能够和引力相比拟，那么黑洞内部的时空就是比较平坦的，没有无限小的奇点，和刘氏空心黑洞没有太本质的区别，就是个头小一点而已。

 

简单以一句话来总结：广义相对论只是关于万有引力的理论，它不能描述微观粒子间的短程相互作用，也就不能用来描述极高密度物质（密度大于中子星）内部的力场分布，更不能用它来描述整个宇宙中发生的一切。