广义相对论的黑洞定义存在的问题

今天人们一提起黑洞，许多人都感到黑洞问题十分高深，而且还很神秘，为什么会有这样的感觉呢？作者发现，造成这一情况出现的原因是在广义相对论中，人们没有对黑洞进行科学的定义。

在物理学中引入一个新的概念，通常都是建立在已有概念的基础上，即用“旧”的概念来定义“新”的概念，而且，“旧”的概念往往满足两个条件。

（1）“旧”的概念一般都是人们所熟知的概念。

（2）“旧”概念是一个已被确认的概念，即这个概念在物理上已被证实是一个确实存在的东西。

在广义相对论中，黑洞是用“视界”进行定义的，所谓“视界”是一个二维光滑的闭曲面，它把空间分成两部分：视界内和视界外。视界外面的物质和信息（如光信号等）可以进入视界内，而视界内部的物质和信息却不能穿过视界，到视界外面去。

有了视界这个概念，就可以定义广义相对论的黑洞了，例如，钱德拉塞卡就是用视界来定义黑洞的，钱德拉塞卡给出的黑洞定义为：黑洞将三维空间分成两个区域，一个是以称之为视界的二维光滑曲面为边界的内区域；一个是视界以外渐进平直的外区域，而且内区域的点不能与外区域的点交换信息［59］。

把上面这段话说得简单点就是：一个星球，如果它被“视界”所包围，这个星球就称为黑洞。由此可见，钱德拉塞卡的黑洞的定义不满足前面提到的两个条件。

首先，这个定义不是建立在已有概念的基础上。在引入“黑洞”概念之前，物理学中并没有“视界”这一概念，“视界”和“黑洞”这两个概念是同时被引入到物理学中。换句话说，人们是用一个新的概念——“视界”，来定义另外一个新的概念——“黑洞”。

其次，“视界”这个概念在物理学中也没有被证实，没有任何实验可以证明宇宙中存在“视界”。正是由于广义相对论的黑洞定义违反了物理学的常规做法，从而给黑洞研究埋下了隐患，使黑洞问题变得十分神秘。

人们在“视界”是不是存在这个问题都没有弄清楚的情况下，就从“视界”这一概念出发定义了黑洞，然后又在这个定义的基础上，用数学方法演绎出黑洞的许多性质，用这些性质又推导出在“视界”附近的许多奇奇怪怪的现象。广义相对论有关黑洞方面的许多工作，实际上就是在“视界”与“黑洞”这两个概念之间，不断地进行逻辑循环。

笔者认为，这就是今天人们感到黑洞问题十分神秘的主要原因。因此，若想解决黑洞困惑，我们必须重新研究黑洞的定义。