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掉入黑洞會怎樣?被拉成面條或者前往另一個宇宙?這篇文章告訴你

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樓主
online_member 發表于 2019-12-9 20:22:27 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
現在,你要跳入一個黑洞。如果你能想辦法活下來,等待著你的是什么呢?

如果你想要回頭,最終你會去到哪里,又會經歷怎樣動人心弦的故事呢?
掉入黑洞會怎樣?被拉成面條或者前往另一個宇宙?這篇文章告訴你46 / 作者:確實是個孩子謚 / 帖子ID:55431,218078

黑洞通往何處?

理查德·馬西曾經給出了一個簡單的答案:“沒人知道。”
掉入黑洞會怎樣?被拉成面條或者前往另一個宇宙?這篇文章告訴你12 / 作者:確實是個孩子謚 / 帖子ID:55431,218078


注:理查德·馬西教授為杜倫大學計算宇宙學研究所皇家學會的研究員

作為杜倫大學計算宇宙學研究所皇家學會的研究員,馬西深知宇宙充滿了未解之謎。

而且他還有一個觀點:落入黑洞邊界其實就是跨入了未知世界,一旦掉進去,沒人能夠發條訊息回來。

在愛因斯坦的廣義相對論根據時空和引力的關聯預言出黑洞之后,人們知道黑洞源自大質量恒星死亡后遺留的小而致密的核心。

如果這個核心的質量超過太陽的3倍,在巨大的引力作用下它會發生坍縮,直至所有物質匯聚到一個點(也就是奇點),而這個奇點就是黑洞密度無限大的核心。

由此產生的黑洞有著巨大的引力,甚至連光都無法逃離它。

德國天文學家卡爾·史瓦西提出了“事件視界”的概念:一旦光線或物質越過事件視界,就永遠無法逃脫了。

根據馬西的解釋,接近黑洞時,你的身體會因潮汐力作用被劇烈拉伸(也被稱為“意大利面化”),最終到達奇點。
掉入黑洞會怎樣?被拉成面條或者前往另一個宇宙?這篇文章告訴你68 / 作者:確實是個孩子謚 / 帖子ID:55431,218078

至于你會出現在另外什么地方——比如黑洞另一面——的想法,看起來都只是天方夜譚。
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如果是蟲洞呢?

多年來,科學家一直在探索,黑洞是否有可能成為通向其他星系的蟲洞。有人甚至猜測,蟲洞可以通向另一個宇宙。

這種想法的產生已經有些時日了。早在1935年,愛因斯坦就與內森·羅森合作提出相關理論,認為宇宙中可能存在連接兩個不同時空的隧道。

但直到20世紀80年代,這種理論才流行起來。當時,天體物理學家基普·索恩推動了一場討論,主題就是物體是否能穿越蟲洞。

但如果你看了基普·索恩關于蟲洞的書籍,就會發現蟲洞似乎并不存在。

索恩曾是好萊塢電影《星際穿越》的科學顧問,他在自己的著作《星際穿越中的科學》一書中寫道:“我們沒能在任何天體衰老的過程觀察到蟲洞的存在。”
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索恩表示,穿越這些理論隧道的時空旅行很可能只存在于科幻小說中,根本沒有可靠證據能表明黑洞允許這樣的穿越。

然而問題是,我們沒辦法接近并親自觀察它們。我們甚至無法拍攝黑洞內部的任何照片——既然光線無法逃脫黑洞的巨大引力,那么相機根本無法捕捉其中的影像。

目前的理論表明,任何越過事件視界的物體都會成為黑洞的一部分。更重要的是,由于事件視界附近的時間也彎曲了,這一過程會變得極其緩慢,因此我們沒辦法很快得到答案。

“我認為標準的故事答案是黑洞會通向時間的終結,” 哈佛大學天文學教授道格拉斯·芬克拜納(Douglas Finkbeiner)說,“一個遙遠的觀察者無法看到自己的宇航員朋友是如何落入黑洞的。

由于引力的紅移效應,我們觀察到的接近事件視界的一切都會不斷變紅、變暗淡。但這位朋友最終會落入黑洞,去到一個超越‘永遠’的地方,無論那意味著什么。”

那如果黑洞能夠通往星系的另一端或者另一個宇宙,那么出口需要有與黑洞相反的東西。那會是白洞嗎?

俄羅斯宇宙學家伊戈爾·諾維科夫在1964年提出了白洞理論,他認為一個黑洞連接著一個存在于過去的白洞。與黑洞相反,光和物質能夠離開白洞,但是無法進入。

科學家一直都在探索黑洞與白洞之間的潛在聯系。

2014年,物理學家卡洛·羅維利和哈爾·M·哈加德在一項發表于《物理學評論D》上的研究中闡述道:“有一個經典度量可滿足有限時空區域之外的愛因斯坦方程,在那里物質坍縮成黑洞,然后又從白洞中出現。”

換句話說,黑洞吞下的所有物質都可能被拋出,而黑洞死亡后有可能變成白洞。

黑洞的坍縮并不會破壞其中的信息,相反它會經歷一次量子反彈,允許所有的信息逃逸。如果事實如此,這就能在一種程度上解釋斯蒂芬·史蒂芬霍金曾經提出的理論。

20世紀70年代,史蒂芬霍金探討了由于量子漲落而導致黑洞釋放粒子和輻射的可能性。

芬克拜納說:“史蒂芬霍金認為黑洞的壽命是有限的。”1976年,史蒂芬霍金在《物理學評論D》上發表了相關論文。
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圖:史蒂芬霍金



根據他的計算,黑洞會因為輻射而損失能量、收縮并最終消失。因為史蒂芬霍金提出黑洞發射的輻射是隨機的,并且不包含任何落入其中的信息,黑洞的爆發將抹去大量信息。

這意味著史蒂芬霍金的想法與量子理論相矛盾,因為量子理論認為信息是守恒的。如果信息會丟失,那信息搜索就更加艱難,過去和未來也無從知曉。

史蒂芬霍金的想法導致了“黑洞信息悖論”的出現,這個悖論長期困擾著科學家。

有人說史蒂芬霍金根本是錯的,而史蒂芬霍金本人甚至也在2004年都柏林的學術會議上宣稱他犯了錯,并推翻了自己原來的想法。

所以,我們是否又回到了之前所說的概念,即黑洞吸收的信息都會通過白洞拋出?或許事實正是如此。

在2013年發表于《物理學評論快報》的一篇論文中,美國路易斯安那州立大學的若熱·普林和烏拉圭共和國大學的魯道夫·甘賓基于圈量子引力理論對黑洞進行了研究。

他們發現越接近中心引力越大,但穿過中心后引力變弱,任何落入黑洞的事物都會在宇宙的另一端被拋出。這項研究支持了黑洞只是個入口的假說。

在這項研究中,奇點不存在,所以落入黑洞的事物不會因為撞上奇點而毀滅。這也意味著,信息不會消失。
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也許黑洞不通往任何地方

物理學家艾哈邁德·阿爾姆海里、唐納德·馬洛夫、約瑟夫·波欽斯基和詹姆斯·蘇利仍然相信,基于史蒂芬霍金的理論可以有進一步的發現。

這4位科學家提出了AMPS火墻(或稱黑洞火墻)理論,根據他們的計算,量子力學可以將事件視界變成一堵巨大的火墻,任何接觸到它的東西都會立刻燃燒殆盡。

從這個意義上講,黑洞不通往任何地方,因為甚至沒有東西可以進入黑洞。
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然而,這一理論與愛因斯坦的廣義相對論相悖。根據相對論中的等價原理,穿過事件視界的物體(或人)不會受到極端引力的影響,可以輕松落入黑洞。

火墻理論可能遵循了目前宇宙中黑洞以外區域的物理學定律,但即便不違背相對論,它也破壞了量子場論,并暗示信息是可以丟失的。

讓我們的話題再次轉向史蒂芬霍金。在2014年發表的研究中,史蒂芬霍金回避了“事件視界”這一說法,而是提出引力坍縮會產生“表觀視界”,這意味著沒有任何東西會因視界而燃燒。

表觀視界會阻止光線離開黑洞中心,并持續“一段時間”。在史蒂芬霍金的新理論中,表觀視界只是暫時困住物質和能量,但最終,表觀視界會消失,并釋放物質、能量。

這一解釋支持了認為信息不會消失的量子理論,如果能得到證明,這就意味著任何事物都可以從黑洞中逃脫。

史蒂芬霍金甚至更進一步,認為黑洞或許并不存在。

他寫道:“黑洞的中心不存在奇點,黑洞應該被重新定義為引力場的亞穩定束縛態。”由于引力作用,表觀視界內的物質會逐漸向內移動,但永遠不會坍縮到中心。

然而,任何被釋放出來的信息都不再是它們被吞噬前的樣子。

我們無法通過被釋放的信息還原它們進入時的狀態,這也會引起問題——尤其是當人們發現自己正置身于這樣一個令人驚慌的處境之中。他們再也沒法跟以前一樣了!

可以肯定的是,這個奇妙的謎團還會困擾科學家很久。羅維利和弗朗西絲卡·維多托最近提出,暗物質的成份之一可能是黑洞蒸發后的殘留物。
掉入黑洞會怎樣?被拉成面條或者前往另一個宇宙?這篇文章告訴你74 / 作者:確實是個孩子謚 / 帖子ID:55431,218078

2018年,史蒂芬霍金的一篇關于黑洞和“軟毛”的論文被發布。“軟毛”是黑洞事件視界上的光子,它們會儲存落入黑洞的物質的信息。

但由于事件視界的存在,這些信息從外部看來好像全部消失了。

這與物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒提出的無毛定理截然不同。

無毛定理的基礎是觀察者無法區分兩個不同的黑洞,因為黑洞的性質僅由質量、角動量和電荷這3個物理量確定,而其他信息(毛發)全部消失了。

這個理論目前已經引起了科學家的討論,但是距離解答“黑洞通往何處”的問題,還有很長的路要走。


原文地址:今日頭條
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