@ 2010.07.25 , 17:37

我们生活在一个黑洞中?

# 感谢 bleusky 同学的投递和翻译,via New Scientist

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我们可能生活在一个黑洞之中。这个让人蛋疼的说法是根据改进过的爱因斯坦的广义相对论方程而得出的结论。在布鲁明顿(Bloomington)的印第安纳大学的 Nikodem Poplawski 教授发表的文章中,Poplawski 通过分析粒子进入黑洞的运动得出结论:每个黑洞里存在着另一个宇宙。他说,“在银河系和其他星系中的黑洞很可能就是通往其他宇宙的桥梁”。如果这个大胆的假设是正确的,那么我们就可以断定我们的宇宙就在一个黑洞之中。

根据爱因斯坦广义相对论,黑洞的内部是一个奇点,在那里物质的密度将达到无穷。因为广义相对论在黑洞内部是不成立的,所以我们弄不清楚究竟这个奇点是无穷密度的一个实际的点还是这个奇点仅是广义相对论数学上的一个不适定性。而由 Poplawski 改进过的方程可以很好地解决奇点这个问题。在他的分析当中,Poplawski 利用了广义相对论的一个变化形式,即ECKS(Einstein-Cartan-Kibble-Sciama)重力理论。不同于爱因斯坦方程的是,ECKS 重力考虑了基本粒子的旋转动量,或者叫做角动量。引入物质的旋转就可以计算时空几何的一种叫做扭力(torsion)的性质。

当黑洞内部物质的密度达到一个巨大的量(大于1050千克每立方米)时,扭力就成为了一种与重力相抵触的力,从而阻止了物质无限制地压缩成无穷密度,那么也就不会有奇点了。相反,物质却会反弹从而又开始膨胀开了。在这个颇有争议的研究中,Poplawski 采用上述思想模拟了黑洞中的时空变化,这个情形就像你压缩一个弹簧一样。Poplawski 计算出了最初重力抵消了扭曲的反斥力,继续压缩着物质,但最终强大的阻抗力阻止了压缩过程并开始反弹。Poplawski 的计算结果显示出黑洞中的时空在短短10-46秒的时间内就能膨胀到它最小时候的1.4倍。Poplawski 说,这惊人的快速反弹可能就是导致现在这个宇宙不断膨胀的原因。

那我们怎么知道我们是否是在一个黑洞中呢?Poplawski 说,黑洞的旋转会传递一部分旋转给在它里面的时空,这应该会在我们的宇宙中显示出一种“优先方向”,而这样的优先方向就违背了时空的洛伦兹对称的性质。(当洛伦兹对称成立时,时空是具有等向性的,也就是所有方向与所有等速运动皆等效,没有一个是特别的)。而且已有结论指出洛伦兹对称的破坏应该是观察到的从一类蜕变为另一类的微中子振荡的原因。

然而,还没有任何理由让我们去寻找黑洞里的其他宇宙。因为当你接近黑洞时,增加的重力场会使时间走得越来越慢,这样的话,对于一个外面的旁观者来说,当一个新宇宙形成时那么一个无穷量的时间都早已经过去了。


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