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黑洞里面到底是什么?是另一个世界吗?

类别:娱乐 发布时间:2024-01-30 10:56:00 来源:大可数学人生工作室

爱因斯坦的广义相对论,早就预言了黑洞这种神秘天体的存在,但直到2019年,天文学家才拍摄到了黑洞的照片,也验证了爱因斯坦当初的预言。

黑洞里面到底是什么?是另一个世界吗?

但是,更大的问题还在后面。其实是否拍摄到黑洞照片并不是很重要,因为天文学家们早就知道了黑洞的存在,拍摄到黑洞照片只是给大家吃了一颗“定心丸”。更大的问题是:黑洞到底是怎样的天体?黑洞里面到底是什么?

首先我们需要明白黑洞是如何产生的。我们平时所说的黑洞通常是指“恒星类”黑洞,也就是由大质量恒星形成的。大质量恒星在生命晚期,走向死亡的过程中会急剧向内坍缩,在引力作用下,几乎所有物质都会坍缩到一点,也就是所谓的“奇点”。

黑洞里面到底是什么?是另一个世界吗?

能够看出,黑洞其实也属于“恒星”的范畴,只不过是恒星死亡后的“坟墓”。知道了这些,再理解黑洞就相对简单一点了。

按照爱因斯坦的广义相对论,任何物体,尤其是大质量天体都会压缩周围的时空。举个例子,把一个铁球放在弹性布料上,铁球就会造成布料向下凹陷。这时候把一个玻璃球放在凹陷的布料上,玻璃球就会沿着凹陷的中心滚轮,看起来就像是被引力吸引一样。

黑洞里面到底是什么?是另一个世界吗?

上面所说的弹性布料就相当于时空结构,而铁球就相当于恒星等大质量物体,玻璃球相当于围绕恒星运行的行星等天体。恒星造成时空的弯曲,而行星等天体感受到了时空的弯曲做“测地线”运动,这就是引力的本质。

这里多说一句,用弹性布料来形象地描述时空弯曲,其实是不严谨的,因为太空中没有上下的概念,时空弯曲的方向是朝着物体的质心。网络上的示意图只是一种简洁的形象描述,主要是为了更通俗地表达时空弯曲,大家知道就行了。

也就是说,引力只是一种表象,其本质是时空弯曲。而且,质量越大的物体,对时空的弯曲程度越高,这与“铁球越重,对弹性布料的压缩程度越高”是一个道理。

比如说,太阳对时空的弯曲程度,就比地球更高。而黑洞则是一个非常另类的存在,它能把时空弯曲到极限。


黑洞里面到底是什么?是另一个世界吗?

但是,“弯曲到极限”到底该如何理解呢?其实严格来讲,这已经超出了当今物理学的研究范畴,因为物理学研究的事物都是具体的,可描述的,而极限的概念是抽象的,不能具体描述的。

这也是为什么物理学一旦遇到了“无限”的概念,往往都很头疼。

把时空弯曲到极限,是不是意味着彻底把时空击穿呢?就像刚才所讲的把一个铁球放在弹性布料上,如果铁球的质量足够大, 大到一定程度就可以把弹性布料完全撕裂,最终弄砸出一个洞。

事实上,科学家们早在20世纪30年代就已经开始这种问题了。爱因斯坦和罗森两人通过求解引力场方程,得到了一个解,也就是后来的“爱因斯坦罗森桥”,后来被称为“虫洞”,虫洞连接的是两个不同的时空,甚至有可能连接到另一个世界。

黑洞里面到底是什么?是另一个世界吗?

不过,在物理学家惠勒看来,虫洞这种结构是很不稳定的,理论上只要有任何物体进入,就会瞬间塌陷。后来随着量子力学的发展,科学家们从理论上论证了虫洞可以稳定存在,不过需要一种叫做“负能量”的东西帮助。

何为负能量?当然不是网络上经常出现的“戾气”,它是一个物理概念,与能量是对应的。物理学上,真空也拥有能量,最低的能量,被称为真空零点能。而低于真空的能量就是负能量。科学家们通过实验已经证明了负能量确实存在。

要维持虫洞的稳定,需要大量的负能量,而制造出足够的负能量是很困难的,需要巨大的能量。根据质能方程,能量又意味着质量,巨大的能量意味着巨大的质量,而质量很容易在引力作用下发生坍缩。

不管如何,在理论上虫洞的确是存在的,大自然也不反对虫洞的存在。而在著名科幻电影《星际穿越》里,就有黑洞和虫洞的故事情节描述。在很多科学家眼里,黑洞和虫洞是有机的整体,男主人公穿越黑洞,来到不可思议的五维时空,完全是另一个世界。

黑洞里面到底是什么?是另一个世界吗?

虽然《星际穿越》里的故事情节是虚构的,但有很强的理论基础。物理学理论告诉我们,虫洞不但存在,甚至宇宙中到处都有虫洞,你的身边可能就有虫洞的存在。只不过这些虫洞通常都很小,而且存在时间极短,宏观物体不可能直接穿越。

有科学家甚至提出,被爱因斯坦称为“鬼魅般的超距作用”,也就是量子纠缠,很可能就是通过虫洞来作用的。


黑洞里面到底是什么?是另一个世界吗?

除了黑洞之外,科学家们提出了更加疯狂的概念:白洞。从名字上就能看出来,白洞的性质与黑洞相反,黑洞吞噬任何靠近的物体,而白洞正好相反,它“只吃不吐”。

同时,黑洞和白洞通过虫洞连接起来,三者组成了一个有机的整体。科学家们甚至怀疑,我们的宇宙就是白洞“吐”出来的。

黑洞里面到底是什么?是另一个世界吗?

黑洞,其实并不是一片漆黑,因为它也在时刻向外辐射能量,当然不是直接辐射,毕竟没有任何物体和信息能逃离黑洞,而是通过“霍金辐射”这种间接方式辐射能量,在这个过程中慢慢蒸发,质量越大的黑洞蒸发越慢。

霍金不仅提出了“霍金辐射”理论,更是大胆提出,所谓的白洞其实就是黑洞,这就意味着,如果你不小心被黑洞吞噬了,别慌,你还会被黑洞“吐”出来的。但也有一个问题:被黑洞“吐”出来的你还是原来的你吗?


黑洞里面到底是什么?是另一个世界吗?

当然,科学是严谨的,以上关于黑洞,虫洞和白洞的描述其实都没有经过实验的论证,以目前的人类科学水平,也很难通过实验进行论证。

刚才讲了,我们的宇宙可能就是白洞“吐”出来的,这样说并非“空穴来风”,因为早在2014年,就有科学家发表论文称,宇宙大爆炸就是一个超大白洞“爆炸”出来的,是一个五维时空发生坍缩而产生的。

这是否意味着我们的宇宙其实原本就是一个黑洞呢?

别说,理论上还真有着这种可能。我们的可观测宇宙的史瓦西半径大约为138亿光年,这个数字正好与我们能观测的宇宙极限距离相吻合。既然如此,理论上讲,我们的宇宙真的可能就是一个黑洞。

在此基础上,我们可以大胆猜测,或许是更高维度的宇宙,比如说五维度时空宇宙里的黑洞发生了坍缩,以“大爆炸”的形式产生了我们的宇宙,四维时空宇宙。

而这一点其实在科幻电影《星际穿越》里也有所表现,男主人公穿越到五维时空,可以通过引力作用与四维时空里的女儿进行交流。

除了以上这些,黑洞还有非常突出的一点:奇点。奇点位于黑洞的正中心,其实严格来讲,黑洞就是奇点本身,由于奇点是没有体积的,因此黑洞其实也是没有体积的。而我们平时所说的黑洞大小,其实指的是黑洞“事件视界”的大小。


黑洞里面到底是什么?是另一个世界吗?

事件视界的半径就是史瓦西半径,质量越大,史瓦西半径也就越大。一旦越过事件视界,人类已知的所有物理定律全部失效,更不要说奇点本身了。

也就是说,无论对于奇点做出任何解释,都不会过分,因为任何可能性都会在奇点出现。由于无论是相对论还是量子力学,遇到了黑洞尤其是奇点都失效了,这意味着一定存在更高级的物理定律来诠释黑洞。

那么,如今的我们就没有任何办法去探索黑洞里面的世界了吗?

很遗憾,确实如此,我们只能探索黑洞与外部世界的相互作用,因为我们无法获取黑洞内部的一切信息。理论上讲,确实有一种方法可以知道黑洞内部到底是怎样的世界,而且这种方法简单粗暴。

直接飞到黑洞里面一探究竟。

黑洞里面到底是什么?是另一个世界吗?

但最大的问题是,即便我们发射探测器甚至直接派送人类飞到黑洞内部,而且假设探测器或者人类能完好无损,黑洞外面的人也无法获取任何信息,只有飞到黑洞内部的人才知道那里到底是怎样的世界,但是他无论如何都不可能把他看到的黑洞内部世界告诉给人类。


而且,对于黑洞外部的人来讲,甚至无法看到这个人进入黑洞,只能看到他飞到黑洞事件视界的那一刻,就永远停留在那里了,一动不动!

为什么会这样?

这是因为黑洞强大引力引起的时间膨胀效应。在黑洞外部世界来看,当一个人不断靠近黑洞事件视界时,他的时间会变得越来越慢,直到到达事件视界的那一瞬间,整个人都静止不动到了,在事件视界永恒存在。

黑洞里面到底是什么?是另一个世界吗?

但实际上呢?在他自己看来,早就坠入了黑洞。但外部世界无法看到这一幕,理论上直到宇宙毁灭的那一天也无法看到!

实际上这也告诉了我们,如果你想活到宇宙毁灭的那一天,其实很简单,有两种方法。第一,以光速飞行。第二,来到黑洞的事件视界或者直接进入黑洞。

第一种方法不太现实,毕竟光速是四维时空的速度极限。但第二种方法是可行的,只要找到一个黑洞就可以了,找到一个黑洞,理论上来到事件视界的一瞬间,你就能看到宇宙毁灭的场景,因为你的一瞬间,外部世界已经过去了无限长的时间!

那么,既然宇宙都毁灭了,你还会存在吗?

这是一个大问题,其实本质上还是黑洞的本质。正如一开始所说,或许在穿越黑洞的那一刻,你已经到达了另一个世界,另一个宇宙,而原来宇宙的命运就与你无关了。

来自:宇宙怪谈

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