@ 2018.04.02 , 12:30

存在一类黑洞可以抹除你的过去赋予你无限的未来

存在一类黑洞可以抹除你的过去赋予你无限的未来
credit:123RF

无论是对公众还是科学家,黑洞无疑是最迷人也最广为人知的物理学概念。当然,公众的好奇心也许并不那么急迫,毕竟你明天不会陷入黑洞,或者说永远也不会落到那种境地之中。所以,或许现在告诉你,如果有一天你掉到黑洞之中,有微小的几率幸存并可以获得不可思议的人生体验——你将失去自己的过去,同时获得无限的未来——不是比喻,完全是字面意义上的——我猜你也不会欣喜若狂。

不过,这真是一个不可思议的结论,同时,也要颇费一些唇舌才能解释清来龙去脉。争取尽量提供一个避免“太长不看”或“每识不认”的版本

还是让我们从基本的开始说起吧。

所谓黑洞,就是一种超大质量的天体,它的引力扭曲了时空,以至于光线也无法从中逃脱。所以我们叫它黑洞,因为它是“黑的”。

半个世纪前,英国的理论物理学家和宇宙学家罗杰彭罗斯和斯蒂芬霍金,利用已知的数据和广义相对论证明,像是黑洞这种东西的内部存在着一个质量无限密集的点,换句话说在这样的点上,它的质量密度无限大。物理学家将它称之为奇点。

彭罗斯和霍金的这一理论进而可以推广出,我们的宇宙存在一个起点,那时候,全宇宙所有的质量集中在一个无限小的点上。可以将其看作是大爆炸的开端。

虽然物理学家为奇点起了名字,不过这并不表示他们愿意收养它。实际上,物理学家十分期望扼杀掉这一概念。

为什么呢?

在奇点附近,物理学和因果律都将失效。实际上,靠近奇点的时候,你可能被一头巨龙吞掉,也可能找到一颗全是巧克力构成的天体。奇点就像是宇宙的脑洞,里面装着所有真正不可思议的东西;严肃正直的宇宙学家不希望自己的职业蓝图里出现这种无法无天的事物。

所以,彭罗斯和其他物理学家构想出一种合乎自然的机制,将奇点与其他的宇宙区隔开来。这样,虽然根据他的理论论证,奇点是客观存在的事物,但是,它永远不会和真实的宇宙发生接触,所以——好吧,这就成了著名的哲学难题,不与任何其他事物联系起来的存在真的存在么?

彭罗斯是怎么做到的?

他们构想了好几种方案,有两种被普遍接受。

根据广义相对论,时空在质量周围发生扭曲。在黑洞中,堆积的不仅仅是质量,也有时间。实际上,黑洞中度过一秒钟,宇宙已经度过了亿万年。

黑洞有所谓的视界,它是一个界限,如果光线落到界限的后面就再也无法逃出,所以也可以将其理解成视线所能触及的最后界限。

通常,视界的大小和观测者所在的参考系有关。但是黑洞内部还存在着一个所谓的绝对视界。

前面已经提到了,当你落入到黑洞,也就是穿过所谓视界的时候,在你前面可能一秒钟“用时”的地方,还是宇宙大爆炸时候的情景!当你接近绝对视界的时候,在哪里等待你的将是整个宇宙一生演化出的所有能量。因为你在黑洞中度过的瞬间,外面已然经历了永恒。巨大的时间鸿沟和空间尺度都被无限的瞬间抹平。所以你无法通过这一屏障,就像圣斗士无法通过叹息之墙,前往那神话之境。

这也被称为宇宙防火墙机制,而来自加州大学伯克利分校的数学家Peter Hinz就是对这一机制表示怀疑。

Hinz说:“自90年代中期以来,20年的时间里学者们已经将这种解释奉为圭臬,而我们想要挑战这个观点。”

Hinz和他的团队考察了一种存在于理论中的带电的非旋转天体,它被称为Reissner-Nordström-de Sitter黑洞。这类黑洞有一个叫Cauchy视界的东西,充当我们提到过的防火墙。

由于这种黑洞带电,可以产生斥力以抵抗重力,巧妙地抵消了时间和空间的扭曲效应。

同时,根据狭义相对论,信息传播的速度具有上限——光速。外加我们的宇宙正在加速膨胀的事实,如果Cauchy视界上要想获得全宇宙的能量,就相当于说,宇宙最边缘处的信息应该能传递到视界表面,但是因为宇宙再加速扩张,实际上,总有部分信息/能量无法体现在Cauchy视界上,所以存在微小几率,可以通过那道防火墙。

如果穿过了那片神奇的区域,物体将与他们的过去断开,并且因为因果律不再发挥作用,所以可以获得无限的未来。

如果你无法想象那是什么感觉,放心吧,研究人员也一样。他们只是将数学论证的结果翻译成对应的现实情景,但是没有人真的能领会其中的含义。

葡萄牙Universitario de Lisboa的物理学家和团队成员JoãoCosta用一个熟悉的主题来解释它。

“考虑薛定谔的猫,我们知道我们可以将可能性分配给活着和死去的猫,但是如果猫落入Cauchy视界内,我们甚至无法计算这些概率。”

当然,Hintz也同意下面的观点,因为Reissner-Nordström-de Sitter黑洞可能根本就不存在,所以或许这只是数学技巧和哲学思辨碰撞出的火花。

但是,他也指出他们的数学论证同样适用于中性的旋转黑洞,他们认为可以在黑洞碰撞的引力波涟漪中发现自旋的黑洞。

所以,如果你对现实极度失望,你可以跳进一个旋转的黑洞。当然,在Cauchy视界另一端等待着你的是一个陌生和不可预测的世界,生活会是什么样子,仍然是未知的。

但是,或许我们可以在那天条破碎的法外之地,发现宇宙最终的玄机。那原本是宇宙使用最安全的防火墙,藏到最深处的,永远不会曝光的大秘密。感谢数学家Hintz和他的团队,为我们找到了宇宙的安全漏洞。

本文译自 phys.org,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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