以床面类比时空,以苹果铁球类比物质,那就是物质可以使时空扭曲,这就产生了引力效应。
越重的东西让床面扭曲越严重,铁球比苹果造成的凹陷更大,同理,太阳比地球对时空的扭曲更大。 如果是更大质量的东西呢?它们会对我们这可爱的“时空床垫”怎么样?会把它砸穿吗?
其实,这个问题科学家比我们关注得更早。早在1930年,爱因斯坦和他的同事罗森在求解引力方程的时候得到了一个解,这个解后来被称为“爱因斯坦-罗森桥”,通过这个桥可以联系到宇宙的另一边,如下图。
这种分析迫使人们考虑各种情况。在有净力线(引力或电磁力)流动的地方,通过拓扑学家所说的多重连接空间的“把手”,那就是物理学家说的更生动的术语:“虫洞”。 但惠勒在论文中指出,这种虫洞是极其不稳定的,只要有东西(比如光子)进入,它就马上被掐灭了。
基普索恩面向大众最成功的一件事,就是参与了著名科幻大片《星际穿越》的制作,这部经典影片中的虫洞,也是一种“莫里斯-索恩虫洞”。
很可惜,《星际穿越》里的情节只是虚构,到目前为止,人类所有的探测器都没有发现过一个宏观的虫洞。但物理理论又告诉我们,虫洞在宇宙中到处都是,甚至可以说,我们身边也可能会有虫洞的身影,只不过这种虫洞都极其微小。就有一种猜想认为,可以发生“超距作用”的量子纠缠,就是通过虫洞来连接的。
话说爱因斯坦的引力方程可真是一个宝库,1964年,苏联物理学家诺维科夫在研究引力场方程的解,他发现在某种条件下,可以存在着一种“白洞”。也就是说粒子被黑洞吸进去,从“白洞”喷出来。
白洞和黑洞的基本性质几乎完全一样,也有质量、电荷、角动量等,然而两者的个性却完全相反,一个只进不出,一个只出不进。 对此,霍金是这样解释的,黑洞并不“黑”,可能叫它“灰洞”更好,因为它每时每刻都在发出一种“霍金辐射”,看起来好像是黑洞在“蒸发”。越大的黑洞“蒸发”越慢,越小的黑洞“蒸发”越快。如果一个黑洞小于月球质量(大约),它在宇宙中的辐射量就将大于它吸收的量,它的质量将不断损失。 好了,霍金论证完毕,白洞原来根本不是什么新鲜玩意儿,白洞就是黑洞。如果你被小黑洞吸进去,很快就会被喷出来;当然如果你被大黑洞吸进去,迟早也会被喷射出来。问题是喷出来的你还是原来的你吗?
以上也只是理论的一家之言,科学的基础是实证,在没看到“白洞”的真面目之前,这些空洞的理论只能被束之高阁。 有人设想过,类星体就是“白洞”的一种候选者,但没有足够的说服力。 2006年6月14日,尼尔·格雷尔斯雨燕空间天文台在印第安星座方向、距离地球16亿光年处探测到了一次强烈的伽马射线暴(GRB 060614),共持续了102秒。按照之前的理论,这种“长暴”是来自超大质量恒星坍缩成黑洞,奇怪的是,这次事件却没有找到任何超新星出现的迹象。它挑战了之前关于伽马射线暴和黑洞的科学共识,2011年,有物理学家发表论文,提出GRB 060614就是传说中的“白洞”!
2012年,一篇题为《白洞重现——小爆炸》的论文出现,震惊了全球的科幻迷。文中,作者提到,创造我们宇宙的“大爆炸”就是一个“白洞”。类似的,如果我们的宇宙中也存在白洞,那也不会是持续不断地喷出,而是类似“大爆炸”那种,是一次性的“小爆炸”!这也许是白洞为何难以观测的一个原因。
2014年,另外三位科学家发表的论文更进一步,指出创造我们宇宙的“大爆炸”是一个超大白洞的爆炸,它就是一个五维时空坍缩的焰火。 原来,我们的宇宙就是一个黑洞? 有人还真的计算了可观测宇宙的史瓦西半径,发现恰好是约137亿光年,这更是支撑了宇宙黑洞论。根据上面这篇论文,我们更可以猜测,是上一级五维时空的宇宙,通过黑洞坍缩的形式,大爆炸出了我们的四维时空。
回顾一下黑洞的理论基础,黑洞的中心是一个奇点(Singularity),在这里所有的物理理论都失效了。而在外围有一个事件视界(Event Horizon),在视界内部,光都逃不出去,因此称为“黑洞”。事件视界的半径叫做“史瓦西半径”,黑洞质量越大,史瓦西半径就越大,这个黑洞“黑”的区域也就越大!
总之,既然是“奇点”,就是说当前的科学理论还无法解释这里究竟发生了什么,那么,不管你如何幻想,都是有可能的。上面关于黑洞内部的一切的一切,都只是可能而已哦。 还是那句话,科学必须讲究“实证”,人类毕竟不可能像《星际穿越》男主那样深入黑洞,看看那里面究竟有什么“幺蛾子”的。所以有科学家开玩笑说:“就实验精度而言,凝聚态物理>>高能物理>>宇宙学!” 宇宙学也因此成为各种奇思异想的“重灾区”,然而,这不是很有意思吗?
”程心看着废墟的黑暗深处那团幽幽蓝光,她现在知道那里可能有一个人,正在时间停滞的界面上永恒地坠落着。这样一个人,在这个世界的视角中他还活着,在他自己的世界里他却已经死了……“
最后一句话是什么意思呢?高way究竟是死是活呢?难道他成为量子态了吗? 其实这里跟薛定谔的猫没有任何关系,这是一种引力引起的时间膨胀效应。 霍金曾经在《果壳里的宇宙》中举过一个著名的例子:有一个勇敢的宇航员在一个正在坍缩变成黑洞的恒星上着陆,预计黑洞在12点坍缩,也就是说这个宇航员在12点进入黑洞的视界,然后永世不得超生。 由于黑洞超强的引力,宇航员每秒钟发出的信号间隔在外部看来将越来越被拉长,到了12:00,他发出的信号将被无限延迟。也就是说,从外部观察,会看到宇航员越来越慢,到最后甚至不动了,即使到宇宙末日也看不到宇航员坠入视界的那一瞬间。
而反过来,从宇航员的角度来看,他会看到外部的信号加速了,也就是说外面的时间越来越快。到了12点他坠入视界的时候,他将看到全宇宙未来所有发生的事件,直到宇宙灭亡。 正是这个道理,从高way的角度看来,他早已经死去,被黑洞的强大引力扯碎,碎片进入视界,但是从程心的角度来看,高way还活着,因此连高way的死亡证明都开不出来。 总之,想看到宇宙的结局有两种方法: 1, 达到光速 2, 进入黑洞
如果你继续问我,进入黑洞后究竟能看到什么? 其实上面已经提到了几个答案:虫洞、白洞、低维宇宙、高维宇宙。其实还有一种可能性:平行宇宙。 话说霍金除了基普索恩这位“损友”以外,还有一位好朋友,那就是牛津大学的罗杰*彭罗斯。
与霍金相比,彭罗斯在数学方面的造诣更深,他将闵可夫斯基图进行了广义相对论推广,得到了一个“彭罗斯图”,如下图。 “彭罗斯图”分为四个区域:我们所在的宇宙、黑洞、平行宇宙、白洞,图中黑洞和白洞里的波浪线就是奇点,四个区域的中心交点是虫洞。宇宙中的光线沿向右上45度,和视界(horizon)平行。而一般的物体达不到光速,就没有那么好运了,它们最终都将如蓝线一般坠入黑洞中的奇点。
但这张“彭罗斯图”却告诉我们,存在着一条道路,可以穿越中间的虫洞,进入平行宇宙。 原来,平行宇宙并非和我们的宇宙绝对平行,有时候也是可以相交的。
好了,黑洞里面是什么,我们已经敞开了幻想,列数了各种可能性。在这些奇妙的理论背后,是无数理论物理学家的辛劳和智慧。在这里,我们尤其缅怀去年去世的霍金。 霍金曾经说过:“‘黑洞’是科学史中极为罕见的情景,在没有任何观测到的证据证明其理论是正确的情形下,作为数学的模型被发展到非常详尽的地步。” 然鹅,霍金究竟没有活到黑洞图像揭秘的这一天,让人扼腕长叹。如果霍金能活到现在,当他看到真实的黑洞影像时,僵硬的嘴角是不是会咧开一丝神秘的微笑?
本文为一点号作者原创,未经授权不得转载返回搜狐,查看更多