黑洞通向哪里:如果你穿过一个黑洞,你会去哪里?

你就这样,准备跳入黑洞(www.chengzhixing.com)。有什么可能等着你,尽管困难重重,你还能活下来吗?你会在哪里结束?如果你设法爬回去,你会享受什么诱人的故事?

所有这些问题的简单答案是,正如理查德·梅西(Richard Massey)教授解释的那样:“谁知道呢?”作为英国杜伦大学计算宇宙学研究所的一名皇家学会研究员,梅西充分意识到黑洞的奥秘是很深的。他说:“穿过视界实际上就是越过了面纱,一旦有人跨过了它,就没有人能发回任何信息。它们会被巨大的引力撕成碎片,所以我怀疑掉下去的人会到任何地方。”

如果这听起来像是一个令人失望和痛苦的答案,那么这是意料之中的。自从阿尔伯特·爱因斯坦(

Albert Einstein

)的广义相对论被认为通过将时空与引力的作用联系在一起来预测黑洞以来,人们就已经知道,黑洞是由大质量恒星死亡后留下的一个小而稠密的残余核造成的。假设这个核的质量大约是太阳的3倍多,引力就会过大,以至于它会落在自己身上变成一个点,或者说奇点,也就是黑洞密度无限大的核。

由此产生的不适合人类居住的黑洞将具有强大的引力,以至于光都无法避开它。因此,如果你发现自己处于视界,正如德国天文学家卡尔·史瓦西(Karl Schwarzschild)所提议的,光和物质只能向内通过,你就无法逃脱。根据梅西的说法,潮汐力会把你的身体压缩成原子链(也被称为“意大利面化”),物体最终会在奇点处被粉碎。你可能突然出现在某个地方,也许在另一边的想法似乎完全是幻想。

虫洞是什么?

多年来,科学家一直在研究黑洞可能是其他星系的虫洞的可能性。就像一些人认为的那样,它们甚至可能是通往另一个宇宙的路径。

这样的想法已经流传了一段时间,1935年,爱因斯坦与内森·罗森(Nathan Rosen)合作,建立了连接时空中两个不同点的桥梁的理论。但在20世纪80年代,物理学家基普·索恩(Kip Thorne)是研究爱因斯坦广义相对论对天体物理学的影响的世界领先专家之一,他提出了一场关于物体在物理上是否可以穿过它们的讨论。

梅西说:“读基普·索恩关于虫洞的畅销书,是我小时候第一次对物理学感到兴奋的原因。”但虫洞似乎不太可能存在。

的确,为好莱坞电影《星际穿越》的制作团队提供专业建议的索恩在他的著作《星际科学》中写道:我们在宇宙中没有看到任何物体会随着年龄的增长而变成虫洞。索恩谈到:“通过这些理论上的隧道旅行很可能只会出现在科幻小说中,而且当然也没有确凿的证据表明黑洞可以允许这样的通道通过。”

但问题是我们不能近距离亲眼看到。我们甚至不能拍摄黑洞内发生的任何事情,如果光无法逃脱黑洞巨大的引力,那么照相机就拍不到任何东西。就目前的理论表明,任何超出视界的事物都被简单地加入了黑洞,而且,由于时间在接近视界的地方扭曲,这似乎发生得非常缓慢,所以答案不会很快出现。

哈佛大学天文学和物理学教授道格拉斯·芬克贝纳(Douglas Finkbeiner)说:“我认为标准说法是,它们通向时间的终结。在遥远的观测者是看不到他们的宇航员朋友掉进黑洞的。当它们接近视界时(由于引力红移),它们会变得更红更暗。但是朋友就在那里,到了一个超越“永远”的地方。不管这意味着什么。”

也许一个黑洞会导致一个白洞

当然,如果黑洞确实通向星系或另一个宇宙的另一部分,那么在另一边就需要有与它们相反的东西。俄罗斯宇宙学家伊戈尔·诺维科夫(Igor Novikov)在1964年提出的理论认为,这可能是一个白洞吗?诺维科夫提出的黑洞与过去存在的白洞有关。与黑洞不同,白洞允许光和物质离开,但光和物质不能进入。

科学家们一直在探索黑洞和白洞之间的潜在联系。物理学家卡洛·罗维利(Carlo Rovelli)和哈尔·M·哈格德(Hal M. Haggard)在2014年发表在《物理评论D》杂志上的研究中声称:“在有限时空区域之外,存在一个满足爱因斯坦方程的经典维度,在这个区域内,物质会坍塌成黑洞,然后从一个临时洞中出现。”换句话说,黑洞吞噬的所有物质都会被喷出,而黑洞死亡后可能会变成白洞。

黑洞的崩溃非但不会破坏它吸收的信息,反而会停止。相反,它会经历量子反弹,让信息逃逸。如果是这样的话,这将有助于解释前剑桥大学宇宙学家和理论物理学家斯蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking)在20世纪70年代提出的一项建议。霍金在20世纪70年代探索了黑洞发出粒子和辐射,作为量子变化结果的可能性。

芬克贝纳说:“霍金说过,黑洞不会永远存在。黑洞辐射的计算会导致失去能量,缩小和消失,描述在他1976年的论文发表在《物理评论D》给他声称辐射将是随机的,不包含了什么信息,黑洞在其爆炸后,会删除加载的信息。

这意味着霍金的想法与量子理论不一致,量子理论认为信息不能被摧毁。物理学表示,信息变得更难找到,因为一旦信息丢失,就不可能知道过去或未来。霍金的想法导致了“黑洞信息悖论”,并长期困扰着科学家们。一些人说霍金就是错了,而他本人甚至在2004年都柏林的一次科学会议上宣称他也犯了一个错误。

那么,我们是否要回到黑洞的概念,即黑洞释放保存下来的信息,然后通过白洞将其抛出去?2013年,路易斯安那州立大学的

乔治·普林

(Jorge Pullin)和乌拉圭蒙得维的亚大学的

鲁道夫·甘比尼

(Rodolfo Gambini)在《物理评论快报》上发表了他们的研究,将环量子引力应用于黑洞,发现引力在向黑洞核心方向增大,但在向宇宙另一区域进入的东西会减小,并将其抛出。这一结果进一步证实了黑洞是传送门的观点。在这项研究中,奇点并不存在,因此它不会形成一个无法穿透的障碍,最终粉碎它遇到的任何东西。这也意味着信息不会消失。

也许黑洞无处可去

然而物理学家

艾哈迈迪·艾赫瑞

(Ahmed Almheiri)、

唐纳德·马罗尔夫

(Donald Marolf)、

约瑟夫·波尔钦斯基

(Joseph Polchinski)和

詹姆斯·苏利

(James Sully)仍然相信霍金可能是对的。他们研究的理论后来被称为AMPS防火墙,或黑洞防火墙假说。根据他们的计算,量子力学可以把视界变成一堵巨大的火墙,任何接触到的东西都会瞬间燃烧起来。从这个意义上说,黑洞不会通向任何地方,因为任何东西都不可能进入里面。

然而,这违反了爱因斯坦的广义相对论。穿越视界的人实际上不会感到任何困难,因为一个物体会处于自由落体状态,根据等效原理,这个物体或人不会感受到重力的极端影响。它可以遵循宇宙中其他地方存在的物理定律,但即使它不违反爱因斯坦的原理,它也会破坏量子场理论或表明信息可以丢失。

不确定性黑洞

霍金再向前一步。2014年,他发表了一项研究,在该研究中,他回避了视界的存在,这意味着那里没有什么东西可以燃烧。他说引力坍陷会产生一个“明显的视界”。

这个视界会让试图远离黑洞核心的光线暂停,并会持续“一段时间”。在他的重新思考中,视界暂时保留了物质和能量,然后将它们溶解并释放出来。这一解释最符合量子理论,即信息是不能被摧毁的。而且,如果这一理论得到证实,它表明任何东西都可以从黑洞中逃脱。

霍金甚至说:“黑洞可能根本不存在,黑洞应该被重新定义为引力场的亚稳定束缚状态。”奇点不会出现,而视场会由于重力向内移动,它永远不会到达中心,并在一个高密度的质量中被巩固。

然而,发出的任何东西都不会以吞噬信息的形式出现。要想通过观察流出来的东西来判断进来的是什么是不可能的,这本身就会引起问题,尤其是对于一个发现自己处于如此危险境地的人来说。他们再也不会有同样的感觉了!

有一件事是肯定的,这个特殊的谜团将在未来很长一段时间内吞噬更多的科学时间。意大利理论物理学家卡洛·罗威利(Carlo Rovelli)和荷兰拉德堡德大学理论物理学家弗兰西斯卡·威多特(Francesca Vidotto

最近暗示暗物质的组成部分可以由蒸发黑洞的残余,和霍金的黑洞和“软毛”在2018年被释放,并描述了如何零能粒子都是离开的临界点。视界,一种暗示信息不是丢失而是被捕获的思想。

这与物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒(John Archibald Wheeler)提出的“无毛定理”相悖,该定理的基础是:观察者无法分辨两个黑洞,因为没有一个特殊的粒子物理伪电荷是守恒的。这个想法已经引起了科学家们的讨论,但在它被视为黑洞走向何方的答案之前,还有一段路要走。要是我们能想办法跳进去就好了。

主营产品:工业空调,废气处理成套设备