—当代物理主流理论的常识悖论之二十三

作者  苟文俭

【导言】：物理理论的某种命题或观念，如果与它自身涉及的基本事实完全矛盾，又违背了推理的逻辑常规，就称是物理理论的常识悖论。

本文要陈述的，就涉及了当代物理主流理论的第二十三个常识悖论。

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爱因斯坦在1916年创建的广义相对论中，他使用几何语言，把时空曲率与处于时空中的物质与辐射的能量-动量张量直接相联系，建立起了一个二阶非线性的引力场方程。而对该方程求解的一个最重要结果，就是得到了宇宙黑洞。

爱因斯坦的引力场方程有十个关于引力势函数的度规张量，实际是3+1维时空的非线性方程组，它具有对任意曲线坐标变换的不变性，具体只能逐个用特殊条件获得近似解，并沒有用通用方法来获取严格的解。

最先求解引力场方程的是德国天文及数学家史瓦西，他在分析球对称引力源时得到的黒洞解称史瓦西解。这也是引力场方程的最简单解，其黑洞边界的半径称是史瓦西半径，计算公式表示为Rs=2GM/c^2。其中G为引力恒量，M为可构成黑洞的天体质量，c是真空光速，Rs即是史瓦西半径。

黑洞边界又称为视界。由于视界内极强的引力，致使发射的所有辐射经视界就都被吸引拉了回来，故称其为“黑洞”；这也是广义相对论时空弯曲的必然结果。

                               （二）

史瓦西半径纯粹是求解引力场方程的一种数学运算，它并沒有对构成黒洞的质量取值做任何限制。因此我们就可以用满足球对称分布的任意质量来求得史瓦西半径。

若M取太阳质量(为1.989×10^30kg)，则得Rs=2.96×10^3m。即有太阳质量的黑洞视界半径约3公里，相当于汽车用一般速度行驶两分钟的路程。

若M取地球质量(为5.976×10^24kg)，则得Rs=8.87×10^-3m。即有地球质量的黑洞视界半径约9毫米，相当于一只蚂蚁爬行两秒钟的路程。

若M取银河系的质量(约2×10^42kg，也视为球对称分布)，Rs为2.96×10^15m，即是0.3光年，这又相当于我们生活着的太阳系的大小。

（三）

用不同特殊条件求解引力场方程，得到黑洞解的物理性质也就不同。对此一般又可分成这四类：（1）如上所述的施瓦西黑洞，呈靜态对称分布，既不旋转也不带电；（2）由赖斯纳与纳自敦求解得到的R-N黑洞，它不旋转但带电；（3）克尔黑洞，它旋转但不带电；（4）克尔-纽曼黑洞，它既旋转且带电荷，而且有分离的视界和无限红移面，视界又分外视界与内视界，无限红移面也会分裂成两个，是纽曼于1965年求解方程得到的，也称是一般黑洞。

当代宇宙学的研究提出了暗能量后，一些宇宙学家还认为，宇宙还有以接近光速旋转的巨大的暗能量构成的暗能量黑洞，因为它内部产生巨大负压可以吞噬所有相关物质，这样的暗能量区也就成为了黑洞。

本文所述黒洞都是求解引力场方程得到的。对此当代宇宙学家们又称是物理黒洞。

（四）

不论什么特殊条件下的黒洞，它们都有如下两个共同的构成条件：

1、在引力坍缩中物质被高度压缩；如整个地球就被压缩在了9毫米以内的空间；

2、存在一个时空高度弯曲、光都无法传播出去的时空界面（即黑洞视界）。

让我们先看一看引力压缩物质的情形：这首先就要压缩核子（质子与中子）。

设核子间距离为r，事实是：它们之间强斥力fe∝r^3，强吸引力fa∝r^2，在核子被压缩、r减小时，强斥力迅速增强，因此这就只有克服了fe它才有可能被压缩。

我们知道，核子间强力的强度至少是质量引力强度的约10^37倍。即是说，至少要10^37对以上的核子，而且当它们的引力都集中在同一对核子的连线上，才有可能与上述的fa相当。如果把10^37个核子都排列起来，其长度可达10^6光年，相当于100个银河系的厚度。

就如电吸引力使电场只能在被吸引带电体双方相互传播一样，任意一对核子的引力也都会使引力场只能在被吸引核子之间相互传播。因而实际上，设想中的10^37对核子的引力决不可能都集中在某一对核子之间。因此不论有多少核子，它们之间的质量引力都决不可能克服核子间的强斥力fe，从而使它们塌缩成比原子核密度还高的黒洞物质。

让我们再看看黑洞视界的形成到底是怎么一回事。

根据构建广义相对论使用等效原理的分析，光受引力作用是等效的引力场强度对参照系加速的结果，具体数量关系是：（1）参照系运动小于光速时，光传播有小于90度角的偏转；（2）参照系运动等于光速时，光传播有等于90度角的直角偏转；（3）参照系运动大于光速时，光传播有大于90度角的转向回传—这也就是在黑洞视界中光的传播情形。

因为相对论中不允许参照系的运动速度大于光速。因此不论引力场强度是多大，均不可能有光传播发生大于90度角的转向回传，即均不可能有黑洞视界生成。

综上所述，依照广义相对论描述对象实际真实的物理内容：质量引力决不可能克服核子间的强斥力，使之塌缩成为高密度的黒洞物质；不论引力场强度是多大，也均不可能有黑洞视界生成。求解引力场方程得到的所谓黒洞解，都只不过是数字游戏的产物。

（五）

求解引力场方程获得黒洞解，既与等效原理这种构建引力场方程的逻辑前提相悖，即完全违背了逻辑推理的基本常规，也与质量引力决不可能克服核子间的强斥力的基本事实完全矛盾。因此，求解引力场方程就可以获得黒洞解，这同样也是当代主流物理理论的一种常识悖论。

【特别说明】：对作者所述的当代物理主流理论的常识悖论，本文已是第二十三个了；真诚欢迎感兴趣网友批评斧正作者所有这些认识。尽管物理学最终要依赖于数学，但离开了基本事实的纯粹的数学并不是物理学，而不服从逻辑常规也不可能是数学的正确应用。因此作者的原则是：对物理学的思考，首先是要以无可爭辩的自明的基本事实、以及公认的逻辑常规为依据，而不是使用华丽的数学演绎。

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