黑洞能把人們帶到另一個世界嗎?
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在科幻小說,黑洞常常作為通往其它世界的通道,會通往宇宙的其它部分,甚至是另一個完全不同的宇宙。但是現實更為複雜。在科幻小說之外,掉進黑洞可不是個好事。
即使如此,掉如黑洞的人能有至少一次機會逃脫,有可能會回到原來生活的宇宙,也有可能到達另一個完全不同的地方。這是因為,黑洞自身會把空間扭曲,所以它可以把通常情況下遙遠的兩個點變得更近一些。
可以用摺紙來類比這個現象。在紙上畫一條線,它的樣子跟紙的形狀有關,如果把紙彎曲起來,它就從直線變成曲線,但它的長度並沒有改變。雖然線的長度沒有改變,但是在空間中,兩個端點之間的最短距離變短了。理解這一點需要學習愛因斯坦的相對論以及它對引力的影響。
逃脫黑洞的引力
一個很重要的知識是,黑洞並不是空的,而是很大質量體集中在了一個很小的點上,即奇點。事實上,奇點是體積無限小、密度無限大的。(在這一點上,科學家之間有一些爭論,但是目前大多科學家贊同這個觀點。)
當在靠近黑洞時,逃逸速度——逃離黑洞所需的速度——將會上升。在某一點上,逃逸速度會大於光速,即186282英里/秒(299792公里/秒)。相比之下,在地球表面的逃逸速度約為25000英里/小時(40270公里/小時)。
因為沒有什麼能比光速更快,這就意味著什麼都不能逃脫黑洞。但有這一個漏洞:黑洞並不會把周圍的一切都吸起來,就像吸塵器或浴缸排水口一樣。黑洞的力量只在「事件穹界」內,就是黑洞中沒有物體能夠逃離的部分。隨著物質被吸入黑洞,「事件穹界」的半徑會變大。也許可以把黑洞看成一個球,它的表面能讓物質進入,卻不能讓它們再出來。
在這個球中有什麼是天體物理學最大的未解之謎。要知道,大多數科學家認為黑洞是一個奇點。所有被吸進去的物質都能幫助黑洞質量增長(例如恆星),吸入的物質會在一個密度無限大的點上被引力粉碎。如果有人陷入一個黑洞,在通常情況下,那人先會被天體引潮力拉成意麵一樣的長條,然後被粉碎得片甲不留。那人的質量會增加「事件穹界」的半徑。
最終那人會變成霍金輻射被黑洞發射出來。物理學家史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)的計算表明,黑洞會釋放出光子。這樣,黑洞的質量就會減少,因為根據愛因斯坦著名的E = mc^2方程,能量和質量是相等的。黑洞最終會蒸發、消失,但是這會花很長的時間。
有太陽質量的黑洞——放在宇宙中比較是很小的——需要10^87年的才能蒸發消失,變成一束伽瑪射線。宇宙大約140億歲,即1.4 x 10^9歲。,在黑洞要多久消失上,科學界有一些爭論,因為霍金輻射並不會顯示被吸入黑洞的是什麼;但是被吸入黑洞變成射線還是很可怕的。
那麼用蟲洞怎麼樣?
可能還有一個逃脫黑洞的好方法:用重力使空間彎曲。(想像一個相撲選手在墊子上滾動,用自己的體重把墊子壓扁)。所有物體都能產生一個「重力井」,重力井的「井底」就是這個物體的中心。例如,一顆行星有自己的重力井,當離這個星球的中心越近,就離重力井的井底越近。用那個墊子來類比的話,所以物體都有形狀像坑一樣無限深的重力井。
黑洞不象正常的物體一樣,但這對被吸入黑洞的人是有利的。空間的曲率一直上升,直到黑洞中心的奇點,奇點的曲率是無限的。黑洞不像一個坑,越往黑洞的中心,它的側壁就越陡峭,直到側壁基本垂直,所以黑洞的形狀就像一個無限深的漩渦。
這就是為什麼它是一個未解之謎。科學家們用愛因斯坦的相對論來描述空間的彎曲現象,但愛因斯坦的方程卻不適用於黑洞的奇點。這些奇點很小,而且在這一點上,人們能看到量子力學的效應。然而,沒有人能夠將量子力學與引力結合起來,從而分析出奇點看起來是什麼樣的。
更奇怪的是,黑洞不是靜止的。實際上,在宇宙中的所有物體都會旋轉。這意味著,如果它能夠旋轉地足夠快的話,它會成為一個環,而不是一個點。由奇點畫出的圈能夠變成通向另一個宇宙的門(就像在1994年的科幻小說《圈》中一樣,它的作者是史蒂芬·巴克斯特(Stephen Baxter),由HarperCollins出版)。所以黑洞可以成為蟲洞,在空間和時間中的通道。
這個想法十分引人入勝,因為只要進入了「事件穹界」,無論怎麼移動,最後都會到達奇點。但是由奇點構成的圈就不一樣了,它並不一定會將吸入黑洞的物質全部粉碎,因為這個圈會十分神奇地把時間和空間扭曲。
然而,由奇點構成的圈變成的傳送門並不一定存在。首先,沒有人知道這個圈會如何出現。另一個方面是,當人們試著算出黑洞和它其中的蟲洞時,如何保持這個蟲洞穩定是一個大問題。「在實際中,蟲洞仍然被認為是非常不穩定的東西。」芝加哥洛約拉大學的物理學副教授Robert McNees說。此前的其他理論家的研究似乎表明,製造蟲洞的唯一潛在方法就是所謂的「異常物質」,它們的質量為負。但是人們還不清楚這到底是什麼。
這帶來了根本性的問題:雖然大多數科學家認為黑洞能變成蟲洞,但是「沒有量子引力的理論,這樣的問題很難得到一個總結性的答案。」McNees說。
另一個問題是,沒有人觀察到過憑空出現的東西,因為人們會認為如果黑洞是通往另一個宇宙的通道,就可能也會有一些東西從那裡過來,即使是偶然過來的。一套理論甚至提出,黑洞會創造出其它的宇宙,引起了其它宇宙的「大爆炸」——就像創造了我們所生活的宇宙的大爆炸一樣——但是這個理論還有爭議。
最後,還有人把黑洞通道理解為時間旅行。根據相對論,在宇宙中不存在「現在」這一說。在宇宙中瞬間從A點到B點也和時間旅行有關,人們可能會在離開前就到達了。物理學家史蒂芬·霍金指出,因為現在沒有人發現過時間旅行者(至少沒有報道),所以時間旅行在我們生活的宇宙中似乎不太可能,這就表明黑洞似乎也不太可能產生蟲洞。
所以儘管黑洞有可能是通往其它宇宙的通道,但是這個可能性不大。
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