課本上的圖,奇點總是被視覺界面包圍著。視界不是壹個物理界面,而是壹個概念。奇點標誌著壹個壹旦靠近就會被黑洞吞噬的點,但從相對論的角度來看,這沒什麽特別的,因為物理定律在哪裏都適用。但是,對於量子力學來說,視界是荒謬的,它允許信息從我們的世界消失,這是量子力學所不允許的。來自美國勞倫斯?勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的物理學家喬治·查普林(George Chapline)說:“妳在學校學到的東西幾乎肯定是錯誤的。經典的黑洞時空概念與量子理論是矛盾的。”
新的黑洞理論完全拋棄了視界的概念。它的基本思想是,當所有其他作用都無法阻止恒星坍縮的時候,還有壹個可行的力,其實就是引力。對於具有某種特性的物質,引力會從吸引變為排斥。這種物質也被稱為“暗能量”,被視為宇宙加速膨脹的驅動力。
去年,南卡羅萊納大學的帕維爾·馬祖爾和羅斯?洛斯阿拉莫斯國家實驗室的Emil Mottola提出,在恒星坍塌期間,物質群可以像冰晶壹樣凍結。他們將這種方式形成的恒星稱為“gravastar”,看起來像油炸冰淇淋:普通物質組成了壹個致密的外殼,內核奇怪。在這裏,外殼取代了視界的概念。
另壹種理論更激進。它不僅推測暗能量可以凍結,還認為相對論會徹底失效。這壹觀點成為量子引力理論的壹匹黑馬,其支持者認為物理學的基本定律與凝聚態物質(稠密的氣體、液體以及介於液體和固體之間的物質)的特性有相似之處。在很多方面,給出聲音在運動流體中的傳播方程壹直是廣義相對論的死結;聲波被困在流體中的現象與黑洞捕捉光線的現象非常相似。也許時空實際上是壹種流體。
這個理論之所以如此吸引人,在於凝聚態物質的集體特性。單個分子的行為特征無足輕重,整個系統的特征來自於聚集過程。當水凝結成冰時,水分子不變,但集體特性變了,適用於液體的定律失效。在適當的條件下,流體可以變成超流體,但在宏觀上仍然服從量子力學。Chapline和斯坦福大學的物理學家Evan Hohlfeld、Robert B .拉夫林和David I. Santiago都認為類似的過程發生在視界附近。在這裏,相對論的方程不再適用,壹個新的理論出現了。Chapline說:“如果我們把時空看作壹種超流體,很自然地會認為視界發生了某種物理變化,即經典的視界概念被量子相變所取代。”
目前,這些觀點只是初步想法,批評者指出其中仍存在許多問題。比如恒星坍縮時物質或時空的狀態變化過程是怎樣的?麻省理工學院的物理學家斯科特·a·休斯(Scott A. Hughes)說,“我真的不明白,壹顆由普通流體構成的大型恒星,如何能通過觀察壹個簡單的密度-壓力關系,變成像‘引力星’這樣奇怪的結構。”主流的量子引力理論要完善得多。比如弦理論就能很好的解釋關於黑洞的矛盾,而且不拋棄視界和相對論。
對於天文觀測來說,這種新的黑洞理論似乎很難與經典理論的描述區分開來,但並非不可能。引力波可以顯示黑洞周圍計算出的時空形狀。在經典理論中,黑洞是壹個沒有表面的簡單物體,它只能有兩種可能的形狀。如果其中壹個觀測引力波的天文臺發現了異狀,那麽現在的物理理論將被這個黑洞徹底推翻。