**文章简介
**有争议的黑洞
法语翻译：
对黑洞存在的怀疑。
** ** 作者：
让-皮埃尔·皮埃特，马赛天文台
| 科学 | jp-petit.com |
|---|---|
皮埃尔·米迪，奥赛研究中心。
这项工作代表了十年努力的成果。过去三十年来，天体物理学家口中只有一个词：“黑洞”。这个话题吸引了公众，已有几本书专门讲述它。然而，观测证实仍然缺乏：黑洞“以它们的缺席而著名”。然而，宇宙是广阔的。我们银河系本身至少包含1000亿到2000亿颗恒星。某些天体的存在已经通过观测得到证实，例如类星体。我们现在已知的类星体超过四千个。这并不意味着我们完全理解它们，比如它们如何形成、如何演化，以及它们的寿命。实际上，我们对它们一无所知。它们只是被分类，就像梅西耶时代对“星云”的分类一样。显然，某些类星体位于类似星系的结构中心。这些星系有一个“活跃核心”，这可能意味着任何事情，也可能什么也不意味着，因为我们对这种活动的性质，比如它的能源来源，一无所知。当代天体物理学似乎对此感到满意。面对以下问题：
- 什么是类星体？
天体物理学家回答：
- 它是一个活跃星系的核心。
而面对以下问题：
- 什么是活跃星系？
他会回答：
- 它是一个中心有类星体的星系...
几年前，我们发现了“伽马暴”，每天一个。法国杂志《天空与空间》（Ciel et Espace）的封面标题是：“伽马暴：谜团终于被解开”。杂志的解答是：在检测到一个伽马暴的位置，观察到了一个微小的明亮斑点。换句话说：解开一个谜团，就是知道那些发射伽马暴的天空区域也发出光...
这不是很...令人失望吗？
相反，其他一些天体的存在在被观测之前就已经被预感到了，而且往往非常精确。典型的例子是超新星，1931年，美国天体物理学家（瑞士出生）弗里茨·茨维基在加州理工学院的一次著名会议上描述了它。当时，茨维基解释说，足够大质量的恒星，比如质量超过二十个太阳质量的，应该经历一种剧烈的终结，几天内功率急剧上升，整个现象持续大约二十天。这是一个了不起的预测，尽管最初并未被认真对待。然而，茨维基坚持不懈，发现了第一批超新星。如今，我们已知数百个。中子星也是如此，后来被识别为脉冲星（旋转的中子星）和白矮星。这一类别的个体也有数百个。
黑洞被提出作为解决一个问题的答案：当中子星超过某个“临界质量”时会发生什么。这些中子星已经被明确识别，它们看起来像巨大的原子核，没有质子。为什么这些物体仅由中子组成？
我们认为中子星是大质量恒星爆炸后铁核的残余物。大质量恒星在其一生中会发生多种类型的核聚变。它最终产生铁，而铁不能再参与任何放能的核聚变反应。这种重铁会掉落到恒星中心，就像烟囱里的灰烬一样。当恒星突然缺乏燃料（正如茨维基所理解的那样），它以每秒8万公里的速度坍缩（当然，精确到一公里）。当它掉落到铁核上时，这种气体被强烈压缩。不仅反弹，还产生多种核聚变反应，这些反应不再需要是放能的，因为能量来自于恒星自身的剧烈收缩。各种核素被创造出来，包括许多寿命极不相同的放射性原子。1987年，麦哲伦云中桑杜莱克恒星的爆炸，为这类现象的存在提供了最终的证实（距离仅15万光年）。
这种现象完全压碎了铁核，移动了它的原子。它压缩得如此厉害，以至于电子没有足够的空间在核子之间移动。被困住的电子因此与质子结合形成中子和中微子。通常，当压缩气体时，称为压力的现象会抵抗压缩。对于液体或固体也是如此（一切都可以被压缩）。这就是年轻恒星诞生时发生的情况。原恒星是一团气体，它自身坍缩。但随着收缩，它变热，压力限制了收缩。它是一个不良的辐射体，但在成为真正的恒星之前必须通过辐射（红外线）失去能量。然而，如果它的质量不足，它将变成一个“大木星”（这个气态巨行星继续辐射出比它从太阳接收的更多的能量，但永远不会成为恒星）。当超新星爆炸压缩铁核时，铁核通过发射大量...中微子来释放能量。在这里，情景完全改变：辐射冷却是瞬时的，因为中微子可以轻松逃逸。因此没有反向压力。铁块被悲惨地压碎。只剩下一堆紧密排列的中子，就像高峰时段地铁里的日本人一样。为什么有一个临界质量？因为中子不能承受超过最大值的压力。就像堆叠在矿井里的灯泡。在一定数量的灯泡之后，玻璃会破裂，一堆碎玻璃掉进矿井底部。当一个中子星的质量略高于太阳质量的两倍时，其核心的压力变得太大。中子无法承受。它被认为会自身坍缩，没有任何已知的物理现象可以阻止这种“引力坍缩”。这对天体物理学家来说是一个令人沮丧的前景。即使在爆炸之前，中子星也是一个“相对论者”，而不是一个“牛顿物体”。这可以从“参考粒子”在质量m（例如一个原子）附近的轨迹外观中看出。我们知道时空弯曲现象导致了水星椭圆轨道的进动。但这种进动非常小。然而，以下的图示，来自计算机计算，显示了围绕中子星的准椭圆轨道的重要进动。
因此，不可能用“牛顿材料”来描述中子星。
计算程序相对简单，有一天，当我有时间时，我会把它放到网站上，这样你们可以玩一玩，展示引力透镜现象（在这里被大大夸张了）：
因此，既然要描述达到临界状态的中子星的命运，就必须使用爱因斯坦的“场方程”。
S = c T
T 是一个“张量”，描述了“能量-物质”的局部含量。张量在外部为零，在内部不为零。因此，几何解必须从两个方程中推导出来。
对于内部：
S = c T
对于内部
S = 0
这类方程的解称为“度规”。然而，无论物体的形状如何，它们都是“张量”，要理解什么是张量，祝你好运……我花了相当长的时间。
太阳与一种“局部几何”相关，这是两个方程的解。第一个描述太阳内部，第二个描述其周围的真空。然而，我们只能描述一个“理想太阳”，它由一个密度恒定的球体组成。但这总比什么都没有强。这些解有数学表达式，我们在这里不展开。它们对你来说毫无意义。每个都有其“个人病理”。让我们称rn为恒星的半径，密度恒定为r。从这个密度r和光速c的值，我们可以计算第一个特征半径，“R帽子”：
内部几何解是“非病理”的，当且仅当半径rn的值小于这个临界值。
用同样的数据，我们可以计算第二个特征半径：
我们称之为“施瓦茨希尔德半径”Rs。外部解，指的是围绕我们恒星的“真空”，其恒定密度r和恒定半径，只有当恒星半径rn的值大于这个特征长度时才是非病理的。结合两者，必须满足：
右边的量取决于恒星的密度（在每立方厘米10¹⁵到10¹⁶克之间）。在恒定密度下，左边的量随着恒星半径Rn的立方增加。
这适用于太阳，作为近似恒定密度的恒星。我们所说的“病理”是什么意思？一切：根号下的量变成负数，分母变成零。因此，可以看出，恒定密度的恒星不能用这种静态解来描述：
太阳的施瓦茨希尔德半径是3.7公里：远远在rn之内。你可以自己计算一下，知道它的半径是695,000公里，第二个临界半径“R帽子”的值更高。
如果谈到太阳，按图的尺度，施瓦茨希尔德半径（3.7公里）只是一个点，而“R帽子”则远远超出纸面。上面的图更多是指一个“亚临界中子星”。
“临界上升”是如何进行的？只需添加中子层，保持恒定密度（我们将中子星与固体相比，至少是几乎不可压缩的流体）。
我们只需使用上述公式就能得到上面的曲线。恒星的半径增加，但施瓦茨希尔德半径追上了它。当rn达到“R帽子”的值时，两者相遇。然后，在恒星表面，根号下的量变成负数，分母变成零，等等。这就是临界性的数学和几何表达。这意味着无法用爱因斯坦方程的非零右侧（内部）或零右侧（外部）的两个几何解的组合来描述恒星。这个半径的特征最大值约为20公里。中子星的密度可以从这里计算出来。
但有一个鲜为人知的事实，即使在“宇宙人”中也是如此，尽管它源于40年代的工作：还存在另一种物理性质的临界，它出现在恒星半径达到这个值之前。这是一个非常接近的值，仅低5%。但当恒星半径达到这个值，或者等同于质量达到太阳质量的两倍时，恒星中心的压力变得无限大，这是基于40年代由托尔曼、奥本海默和沃尔科夫（炸弹的奥本海默）开发的“TOV”模型。
中子星内部压力随距离中心的距离变化
**** 对于不同质量的物体。
这对我们的研究来说是一个基本数据。
以下是中子星内部压力随距离中心的距离变化，对于不同质量的情况：
...也许科学家们和其他人一样，不会问那些他们认为无法回答的问题。如何回答这个问题：
- 在某个点，压力突然变得无限大时，会发生什么？
但没有人以这种方式提出这个问题。显然，这被所有人忽略了。与我交谈过的许多宇宙学专家都不知道这一点。
回到“黑洞的故事”。我们可以说：不稳定中子星的坍缩现象是一个非稳态现象。因此，让我们为上述两个方程构建一个非稳态解。然而，我们不知道如何可信地做到这一点。于是理论家们转向了“外部解”（例如，描述太阳外部几何结构的解，它在3.7公里的施瓦茨希尔德半径处变得“病态”）。
-
换句话说，“去掉太阳”，研究这种几何结构的特性。就像这样...
-
但这是一种参考空宇宙的解？！
-
不要理会，看看我们会得到什么...
研究开始于自由下落物体在“太阳质量黑洞”（直径3.7公里）的轨迹。变量t被保留，它应该表示“外部观察者”（一个好心的地球人看着他刚刚消失的太阳）所感受到的时间。发现每个测试粒子的自由下落时间，根据这个时间测量，变得无限大。然而，如果在粒子上安装一个时钟，它会在有限的时间内到达物体的几何中心。
因此，理论家们提出了以下观点：
- 这个外部稳态解找到了一个新的、意想不到的用途。事实上，引力坍缩发生在极短的时间内（大约千分之一秒，对于不稳定的中子星而言）。然而，由于这个现象对“外部观察者”来说似乎持续无限时间，因此可以使用一个稳态解来描述一个极其非稳态的现象。
如果没有麻雀，就吃麻雀...
基于这个想法，理论家们想知道当物质穿过施瓦茨希尔德表面时会发生什么。在那里，他们发现了上面提到的所有恐怖现象。粒子的时间变得……纯粹是幻想。粒子的速度超过了光速。它变成了一个快子，其质量是……虚数，等等，等等。
有些人甚至建议（并在许多书籍中提到）：在球体内部，变量r会变成时间，变量t会变成……径向距离。
正如梅东的宇宙学家让·埃德曼所说：
- 当谈到黑洞时，必须把常识放在衣帽间……
在这种情况下，如果我们决定忘记常识，那么不可理喻的界限在哪里？如何决定构建“不可观测的物理”？这就是“暗物质”的情况，人们经常说和写各种各样的东西，每天都有几十篇文章。似乎没有人检查过我网站上广泛发展的双模型。然而，一些外国研究人员（中国、日本）似乎已经很好地理解了这一点。
在这个领域有新的信息。1988-1989年，我在《现代物理快报A》上发表了三篇文章（在网站上复制），提出了一个前所未有的宇宙学观点，其中物理常数可能会变化，包括神圣的光速c。这一想法在1993年被“重新发现”。此后，许多文章发表在《物理评论》、《经典和量子引力》等非常有选择性的期刊上。已经有一个相当大的“常数变化者”群体。一些人已经在互联网上发现了我的工作。许多人感到惊讶，更惊讶的是，这项工作来自法国，一个在宇宙学甚至天体物理学领域从未因重大创新而引起关注的国家（这些领域通常是德国、俄罗斯、美国或英国的）。以非常友好的方式建立了联系。中国人开玩笑说，他们不得不翻开地图才能找到马赛的位置，并“感觉发现了地球上一个未知的地区”。
为什么要做这个插叙？因为根据我们的看法，中子星核心中压力的急剧上升应该会改变物理常数，并在宇宙和它的双胞胎之间建立一个“超扭矩桥”。这是一个需要进一步研究的想法。不过，如果在这个项目中需要帮助，很可能来自已经越过了界限的“常数变化者”。目前，我们是唯一的“双胞胎”
对物体在自由下落时的径向轨迹的研究开始于“太阳质量黑洞”（直径为3.7公里）的背景下。保留了变量t，它指的是“外部观察者”所经历的时间，即一个地球人看着他们刚刚制造出来的太阳。发现根据这个时间测量的每个测试粒子的自由下落时间是无限的。然而，如果我们把一个钟附着在该粒子上，它将在有限的时间内到达物体的几何中心。
因此，理论学家提出了以下观点：
- 这个静态的外部解找到了一个崭新的、富有成效的用途。实际上，引力坍缩确实发生在非常短暂的时间内（对于一个不稳定的中子星来说，大约是万分之一秒）。然而，由于这个现象对“外部观察者”来说似乎持续了无限长的时间，因此可以使用静态解来描述一个极为非静态的现象。
如果没有知更鸟，我们就吃黑鸟……
从这个想法出发，理论学家开始思考当物质穿过施瓦茨希尔德表面时会发生什么。在那里，他们发现了之前提到的所有恐怖现象。粒子的时间变成了……纯粹的想象。粒子的速度超过了光速。它变成了一种“快子”，其质量是……虚数，等等。
有些人甚至提出（你可以在许多书籍中找到）：在球体内部，变量r会转化为时间，变量t会转化为……径向距离。
正如退休的梅多恩天文学家让·海德曼常说的：
- “当谈到黑洞时，你必须把常识留在衣帽间……”
在这种情况下，如果我们决定忘记常识，那么不合理性的界限在哪里？我们如何决定建立一种“不可观测的物理学”？对于“暗物质”而言，人们经常发表和撰写各种各样的言论，每天甚至有几十篇论文。似乎没有人去研究我在我的网站上充分发展的“双生模型”。然而，一些外国研究人员（中国、日本）似乎已经很好地注意到了它。
在这个领域有新的消息。在1988-1989年，我在《现代物理快报A》上发表了三篇文章（在网站上重现），提出了一个前所未有的宇宙学概念，即物理常数可以变化，包括神圣不可侵犯的光速c。这个想法在1993年被“重新发现”。自那时以来，已经在诸如《物理评论》、《经典和量子引力》等非常有选择性的评论中发表了大量论文。现在已经有一个相当大的“常数变化者”群体。其中一些人已经在互联网上发现了我的工作。他们中的许多人感到惊讶，更惊讶的是，这项工作来自法国，一个在宇宙学甚至天体物理学领域从未因重要创新而闻名的国家（这些领域通常是德国、俄罗斯、美国或英国的领域）。联系是以非常友好的方式建立的。中国人开玩笑说，他不得不拿出地图才能找到马赛的位置，并“感觉自己发现了地球上的一个未知地区”。
为什么提到这些？因为，在我们看来，中子星核心中急剧增加的压力应该会改变物理常数，并在宇宙及其双生体之间创建一个“超环桥”。这是一个需要进一步研究的想法。当然，如果在这个项目中需要帮助，很可能来自那些已经越过了界限的“常数变化者”。目前我们是唯一的“双生主义者”，但情况可能不会一直如此。
因此，我们认为，双生模型的背景应该完全改变不稳定中子星的情景。然而，在我们能够提出一个替代模型之前，我们必须研究经典的黑洞模型。这就是这篇长论文所做的事情。事情并不是按顺序处理的。在某一节中，我们仔细研究了克鲁斯卡尔的工作，指出了他方法中的缺陷。
一切都具有动机。1960年，克鲁斯卡尔注意到在初始模型（“施瓦茨希尔德度规”）中，光速在所讨论的球体上是零，即“视界球”，也称为施瓦茨希尔德球，并着手治疗这种“疾病”。
但如何处理几何解呢？能否发明其他解？答案是否定的。我相信这篇文章清楚地显示了坐标选择的任意性。本质上，几何解是“不变坐标”，它不依赖于所选择的坐标。想象一个肥皂泡。它是一个表面。在某种意义上，它是场方程的一个解，对应于用于平衡泡内恒定压力的张力能量在泡的整个表面都是恒定的。对于以下问题：
- 哪个表面在机械上能支撑内部过压？
回答是：
- 是一个球体。
但这个球体，一个几何物体，独立于用来标识其点的坐标系存在。现在我们知道，当使用经线和纬线系统时，我们创建了极点奇点，这些点看似奇异，但实际上并非如此。它们是由于坐标选择而产生的奇点。在球体的情况下，这些奇点是不可避免的。下图显示了一个球体及其纬度和经度坐标系统。
注：我们可以将一个球体映射出来，仅用一个极点为其提供一个由两个参数组成的标记系统。请参看以下图示：
第一个标记，第一个参数族曲线由通过球体上一点的直线切平面得到。
这与第二个曲线族结合，通过另一条直线切过球体上同一点，例如，与第一条直线正交。
这样映射的球体，从另一个角度观看，隐藏了其唯一的奇点。
