黑洞通向哪裡?永恆?連霍金也承認自己錯了

如果你穿越一個黑洞,你會去哪裡?

我相信這是許多人希望解開的一個宇宙之謎,黑洞的出口到底通向何方?是永恆?亦或是終結?但是正如專家所說,沒人能回答這個答案,或許所有科學家唯一能給出的統一答案:“誰知道呢?”這看似敷衍實則無奈的答案確實是目前最合理的了。但是關於黑洞出口,我們並不僅僅於此。

成為黑洞的一部分

來自英國皇家學會(Royal Society)杜倫大學計算宇宙學研究所的研究員理查德·梅西教授表示:“從視界上掉下去實際上就是越過了邊界,一旦有人掉下去,就再也沒有人能把信息傳回來了。它們會被巨大的重力撕成碎片,所以我懷疑任何人掉下去都不會有任何結果。”

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這聽起來像一個令人失望和痛苦的答案,但這是意料之中的。自從阿爾伯特·愛因斯坦的廣義相對論被認為是通過時空與引力的作用來預測黑洞以來,人們就知道黑洞是由一顆大質量恆星的死亡所產生的,它留下了一個小而緻密的殘餘核心。假設這個核心的質量大約是太陽的三倍以上,重力會擠壓它,以至於它會落在自己身上,成為一個單一的點,或奇點,被認為是黑洞的無限緻密的核心。

由此產生的緻密黑洞將具有如此強大的引力,甚至連光都無法避開它。因此,如果你發現自己處於視界,就像德國天文學家卡爾•史瓦西(Karl Schwarzschild)所提出的那樣,光和物質只能向內通過的視界,你就無法逃脫。根據梅西的說法,潮汐力會把你的身體縮成原子鏈,也被稱為“意大利麵化”),物體最終會在奇點處被壓碎。你可以在某處跳出來的想法似乎完全是幻想。

蟲洞呢?

那麼蟲洞呢?多年來,科學家們一直在研究黑洞成為其他星系的蟲洞的可能性。正如一些人所說,它們甚至可能是通往另一個宇宙的道路。

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這樣的想法已經流傳了一段時間:1935年,愛因斯坦與內森·羅森(Nathan Rosen)合作建立了連接時空中兩個不同點的橋樑理論。但在20世紀80年代,物理學家基普·索恩(Kip Thorne)提出了一個關於物體是否能以物理方式穿過它們的討論,為這個理論開闢了一些新的領域。索恩是研究愛因斯坦廣義相對論天體物理學含義的世界頂尖專家之一。

梅西說:“當我還是個孩子的時候,閱讀基普·索恩(Kip Thorne)那本關於蟲洞的暢銷書,首先讓我對物理學產生了興趣。”但蟲洞似乎並不存在。

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事實上,索恩在他的《星際科學》一書中寫道:“我們的宇宙中沒有任何物體會隨著年齡的增長而變成蟲洞。”因此穿越這些理論隧道的旅程很可能仍是科幻小說,而且肯定沒有確鑿的證據表明黑洞可以允許這樣的通道。但是如果蟲洞存在,它們也許可能會導致另一個宇宙的存在。但是,沒有證據表明蟲洞是真實存在的,也沒有證據表明黑洞也會像蟲洞一樣活動。

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黑洞強大引力是我們無法近距離親眼看到證據的原因。為什麼,我們甚至不能拍攝黑洞內發生的任何事情,因為如果光不能逃離黑洞的巨大引力,那麼照相機就什麼也拍不到。根據目前的情況,理論表明,任何超出視界的東西都被簡單地添加到黑洞中,而且,由於時間在接近這一邊界的地方發生扭曲,這一過程似乎會極其緩慢地發生,因此答案不會很快出現。簡單來說,在黑洞附近的人,他的時間極其緩慢,一個遙遠的觀察者不會看到他們的宇航員朋友掉進黑洞。當他接近視界時,由於引力紅移的作用,在外人看來,它們只會變得更紅、更暗。但他的朋友本人就相當於到了一個“永遠”之外的地方。

黑洞的另一邊是白洞?

當然,如果黑洞確實指向星系或宇宙的另一部分,那麼在另一邊就需要有與之相反的東西。這可能是一個白洞嗎?這是1964年俄羅斯宇宙學家諾維科夫提出的理論。諾維科夫提出,黑洞與過去存在的白洞相連。與黑洞不同,白色的黑洞允許光和物質離開,但光和物質不能進入。

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科學家們一直在探索黑洞和白洞之間的潛在聯繫。物理學家卡洛·羅維裡(Carlo Rovelli)和哈爾·m·哈格德(Hal M. Haggard)在2014年發表的一項研究中聲稱,“在有限的時空區域之外,存在一個經典的度量標準,滿足愛因斯坦方程。在有限的時空區域內,物質坍縮成黑洞,然後從一個短暫的黑洞中出來。”換句話說,所有被黑洞吞噬的物質都有可能被噴出,當黑洞死亡時,它們可能變成白色的洞。

科學家認為黑洞的坍塌非但不會破壞它所吸收的信息,反而會停止。相反,它會經歷量子反彈,讓信息逃逸。如果是這樣的話,它將為劍橋大學前宇宙學家、理論物理學家斯蒂芬·霍金的一項提議提供一些線索。霍金在上世紀70年代探索了黑洞釋放粒子和輻射(熱能)的可能性,這是量子漲落的結果。

霍金親口承認錯誤

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霍金曾說黑洞不會永遠存在。黑洞霍金輻射的計算會導致黑洞失去能量,縮小和消失,這意味著霍金的想法與量子理論相悖,量子理論認為信息不能被摧毀。物理學認為,信息變得越來越難找到,因為一旦丟失,就不可能知道過去或未來。霍金的想法導致了“黑洞信息悖論”,長期以來一直困擾著科學家。有些人說霍金完全錯了,而事實是霍金本人甚至在2004年都柏林的一次科學會議上也親口宣稱他犯了一個錯誤。

黑洞沒有出口?

然而,物理學家Ahmed Almheiri、Donald Marolf、Joseph Polchinski和James Sully仍然相信霍金的理論是有道理的。他們研究的理論後來被稱為AMPS防火牆,或者黑洞防火牆假說。根據他們的計算,量子力學可以有效地將視界變成巨大的火牆,任何與之接觸的物體都會在瞬間燃燒蒸發。從這個意義上說,黑洞沒有出路,因為沒有任何東西能“真正”進入黑洞。

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然而,這違反了愛因斯坦的廣義相對論。跨越事件視界的人實際上不應該感到任何巨大的壓力,因為一個物體將處於自由落體狀態,根據等效原理,這個物體(或人)不會感受到重力的極端影響。它可以遵循宇宙中其他地方存在的物理定律,但即使它不違背愛因斯坦的原理,它也會破壞量子場論,或者表明信息可能會丟失。

黑洞的不確定性

2014年,霍金髮表了一項研究,在該研究中,他避開了視界的存在。他說,引力坍縮會產生一個“明顯的視界”。

這個視界將會使試圖離開黑洞核心的光線懸浮起來,並會持續“一段時間”。視界暫時保留了物質和能量,之後才會溶解和釋放它們。這種解釋最符合量子理論,因為量子理論認為信息是不能被摧毀的,而且,如果它被證實,它表明任何東西都可以從黑洞中逃逸。

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後來霍金甚至說黑洞可能根本不存在,他認為黑洞應該被重新定義為引力場的亞穩態束縛態,這裡不會有奇點,雖然視場會因為重力而向內移動,但它永遠不會到達中心,並被合併成一個緻密的物體。然而,任何東西都不會以信息的形式被吞噬,因為信息被吞噬的時候已經徹底分解重組。

當然,科學家關於黑洞的猜測還有很多。有一件事是肯定的,在未來很長一段時間內,這個特殊的謎團將佔據更多的科學研究時間。你認為呢?


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