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霍金称宇宙黑洞史瓦西黑洞是平行宇宙通道

2017-8-15 01:46| 发布者: kevin| 查看: 166| 评论: 0

摘要: 霍金称宇宙黑洞史瓦西黑洞是平行宇宙通道。霍金根据宇宙学家爱因斯坦的广义相对论分析后得出结论,宇宙黑洞并非孤立存在,史瓦西黑洞很有可能连接着宇宙的另一端,即平行宇宙。而这样的黑洞被认为是连接不同纬度宇宙 ...

霍金称宇宙黑洞史瓦西黑洞是平行宇宙通道。霍金根据宇宙学家爱因斯坦的广义相对论分析后得出结论,宇宙黑洞并非孤立存在,史瓦西黑洞很有可能连接着宇宙的另一端,即平行宇宙。而这样的黑洞被认为是连接不同纬度宇宙的虫洞通道。

  根据艾尔伯特·爱因斯坦的广义相对论,如果黑洞吞噬你,你存活的概率为零。你将先被黑洞的潮汐力撕裂,这个过程被称为意大利面化——指在强引力场中物体因潮汐力作用产生的拉伸形变。最终你将到达引力场无穷大的奇点,在这个点你将被压缩成无限密集。不幸的是,广义相对论并没有提供预测接下来发生的事的基础。“当你到达广义相对论的奇点,物理学终止了,等式也不成立了,”美国宾夕法尼亚州立大学的阿贝·阿希提卡这样说道。

  在解释宇宙大爆炸时,同样的问题也会突然出现,宇宙大爆炸被认为以奇点作为开始。因此在2006年,阿希提卡和同事将圈量子引力理论应用到宇宙的出生。LQG结合了广义相对论和量子力学并将时空定义为大小为10-35米的隐形块网络。研究小组发现,当在LQG宇宙里重绕时间,它们将到达大爆炸状态,但没有奇点——相反,它们将跨越“量子桥梁”到达另一个古老宇宙。这就是解释宇宙起源的“大反弹”理论的基础。

  目前美国路易斯安那州立大学的久治·普林和乌拉圭蒙得维的亚共和国大学的鲁道夫·甘比尼将LQG应用到更小的规模里——单一的黑洞里,希望也能够移除奇点。为了简化,两人将LQG的方程式应用到球状对称不回转的“史瓦西”黑洞上。在这个新的模型里,引力场会随着你接近黑洞核心而逐渐增加。与之前的模型有所不同,它并不是以奇点为终点。相反,引力会逐渐减少,仿佛你正从一个黑洞的末端出来进入我们宇宙的另一片区域,或者另一个宇宙里。

尽管这是一个简单的黑洞模型,但研究人员以及阿希提卡认为这项理论或可能驱逐真实黑洞里的奇点。这意味着黑洞可以作为进入其它宇宙的时空门。然而其他理论,不包括科幻小说里描述的,已经暗示了这种可能性,唯一的问题是由于奇点的存在,没有任何事物能够穿过这个时空门。移除奇点似乎并没有即刻的实际应用,但它至少可以帮助解开有关黑洞的众多悖论之一,也即信息丢失问题。黑洞会连着吞噬的物质一并吸收物质所携带的信息,但黑洞也被认为会随着时间的推移而蒸发。这将导致信息的永久丢失,从而否定量子理论。

  但如果黑洞并没有奇点,那么信息就不会丢失——它可能只是进入了另一个宇宙。“信息并不会丢失,而是泄露。”普林说道。艺术家绘制的ULAS J1120+0641黑洞的景象,其质量是太阳质量的20亿倍,也是在早期宇宙中发现的最遥远以及最明亮的类星体。该图由欧洲南方天文台提供。近期的一项研究认为,这可能是一种名为“纠缠”的奇异量子特性产生的结果。根据这项最新定义,如果你不幸坠入一个黑洞,你将不会被碾碎,而是会被烧死。当然科学家们的研究目的并不是为了搞清楚人是怎么死于黑洞之手的。

  对于理论物理学家们而言,重要的是,它将能够揭示量子理论与广义相对论之间存在的不兼容性,而解决这个矛盾将帮助科学家们最终找到统一这两大理论的方法。引力理论认为,如果你落入一个黑洞,你将死于所谓“面条效应”,也就是由于不断增强的引力将你的身体逐渐拉长并最终撕碎的痛苦过程。但是就在去年,美国加州大学圣巴巴拉分校的理论物理学家约瑟夫·布钦斯基和他的同事们在考察黑洞的量子特性时,他们遇到了一个问题。

  霍金指出黑洞会通过一种名为“霍金辐射”的方式向外辐射光子,这些光子与黑洞内部以及它们相互之间都存在着量子的纠缠效应。这一点违反了量子理论中的一条戒律,那就是一个粒子不能同时与两个事物处于纠缠态。为了保持量子纠缠的单一性,布钦斯基在去年指出黑洞光子纠缠理论的失效。这将在黑洞事件界限上产生一个能量壁,从而导致相对论的失效,因为坠入其中的人将会被焚烧,而不是面条化。

 这是一个矛盾。对于这个问题,两位物理学界的重量级人物正尝试给出解决方案,他们是普林斯顿大学高等学术研究所的胡安·马尔达西那以及斯坦福大学的莱纳德·苏斯坎德。他们给出了一个大胆的设想:一种新型的虫洞理论,在这一理论下纠缠系统不会崩溃。首先,他们两人指出,虫洞这种时空隧道一般是用广义相对论数学进行描述的,但同时可以从量子论中得到,只要界定两个黑洞处于纠缠态即可。从这种角度上来说,就相当于将虫洞视为是纠缠态的一种物理体现。

  随后,这两位物理学家将他们的这一理论进行扩展,将单个黑洞以及霍金辐射考虑在内,得到一种全新的虫洞类型。他们指出,这种新型的,连接起黑洞与霍金辐射的虫洞或许可以避免让在常规纠缠理论体系下会限于崩溃的多粒子纠缠的情况。这样,黑洞事件边界上的能量壁就不必出现,而相对论也将得以保全。加拿大麦吉尔大学的帕特里克·海登认为这一新理论非常令人信服,但是他也指出应当在这方面进行更多有关黑洞与光子方面的工作。

  而另一方面,帕钦斯基则对此表达了审慎的乐观态度:“这当然是一个新鲜的观点,但仍然缺乏太多细节。”即便在新的虫洞定义下,仍然有可能出现“黑洞防火墙”。马尔达西那和苏斯坎德两人同样也表示黑洞外的观察者存在操纵黑洞霍金辐射的可能性,从而产生一道冲击波,在虫洞中形成一道能量壁。但这并不会就此终结相对论,因为这里出现能量壁并非绝对,并非黑洞的内在属性。马尔达西那希望有关这一问题的研究将会带领我们通往最终的量子引力论的大道。


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