黑洞、奇點及物理規律

2019年4月10日北京時間21點,人類歷史上首張黑洞照片發佈了。這是一個由全球200多名科學家組成的團隊,通過架設於美國、墨西哥、智利、南極等地的8組望遠鏡觀測,並經由全球多個射電天文臺的協作,歷時兩年時間,收集並整合出了黑洞的圖像數據。

黑洞、奇點及物理規律

這是人類史上第一張直接拍攝的黑洞照片,為了拍攝這張照片所進行的幕後工作,將使我們收穫大量奇點周圍極端引力環境下的無價數據,令人類對宇宙的研究向前推進一大步。從科學意義上說,這也是繼人類首次探測到黑洞引力波之後,對愛因斯坦廣義相對論的又一有力驗證。

首先,我們來看看什麼是黑洞?根據愛因斯坦的相對論,當一顆垂死恆星崩潰,它將聚集成一點,這裡將成為黑洞,吞噬鄰近宇宙區域的所有光線和任何物質。黑洞黑洞是時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體,也就是黑洞是時空扭曲後曲率接近無窮大一個點。

黑洞、奇點及物理規律

其實,黑洞真正來歷,來自一個方程的真空解。1916年,德國天文學家卡爾·史瓦西通過計算得到了愛因斯坦引力場方程的一個真空解,這個解表明,如果將大量物質集中於空間一點,其周圍會產生奇異的現象,即在質點周圍存在一個界面——“視界”一旦進入這個界面,即使光也無法逃脫。這種“不可思議的天體”被美國物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒命名為“黑洞”。

物理學對於這個來自於引力場裡真空解一直都存有疑慮。黑洞是如何產生的?在物理學中,普遍看法是黑洞的產生過程類似於中子星的產生過程:某一個恆星在準備滅亡,核心在自身重力的作用下迅速地收縮,塌陷,發生強力爆炸。當核心中所有的物質都變成中子時收縮過程立即停止,被壓縮成一個密實的星體,同時也壓縮了內部的空間和時間。但在黑洞情況下,由於恆星核心的質量大到使收縮過程無休止地進行下去,連中子間的排斥力也無法阻擋。中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末,剩下來的是一個密度高到難以想象的物質。由於高質量而產生的引力,使得任何靠近它的物體都會被它吸進去。

黑洞、奇點及物理規律

大質量恆星引力坍縮形成黑洞時,其物質會坍縮為一個尺度無窮小、密度無窮大的點,叫“奇點”。奇點是空間和時間具有無限曲率的一點,空間和時間在該處完結。時此刻的時空方程中,就會出現分母無窮小的描述,因此物理定律失效。奇點是天體物理學概念,認為宇宙剛生成時的那一狀態。

當處理的物體小於普朗克長度,或時間短於普朗克時間時,已知的物理學定律,包括廣義相對論,看來真會失效。這意味著,在那樣的尺度上,合情合理的設想將是,向奇點坍縮的物質受到量子過程的影響,有可能反彈而轉為向外膨脹到另一組維度中去。有人主張,大爆炸‘奇點’實際上就是這樣一種反彈。

黑洞、奇點及物理規律

有些物理學家認為奇點是產生另一個宇宙開始,當那些產生時,物理規律又得到恢復。黑洞是連接這些平行宇宙一個結點。就相當於我們在登樓時電梯中,如果沒有故意按照一些設備,無線電在電梯是被屏蔽的。正是黑洞是從一個宇宙走向另一個宇宙,因此所有物理規律在這兒,特別是另一宇宙還沒有形成之前奇點,所有規律都被屏蔽掉了。直到新宇宙被重新誕生為止。

黑洞、奇點及物理規律

最近科學家已經發現黑洞清晰照片,因為黑洞能吸引現實宇宙一些物質(包括光子和場),如何深刻人生這個走向其他宇宙通道,雖然人類認識深刻,終究會明白物理規律在這兒被塵封原因,但是物理規律被壓縮到一個點,隨著新宇宙誕生,又是如何恢復的?

2019年4月12日於夷陵吾同齋

黑洞、奇點及物理規律

相關推薦

推薦中...