有些黑洞能抹掉你的過去，讓你實現永恆？

在現實世界中，你的過去決定了你的未來。但加州大學伯克利分校的一位數學家發現了某些類型的黑洞，在這些黑洞中，這條定律失效了。如果有人冒險進入這些相對良性的黑洞，他們就能生存下去，但他們的過去將被抹殺，他們可能擁有無限的未來。

視界一般被定義為黑洞的邊界，任何物質，甚至光線，一旦進入視界範圍，將無法逃逸。人類有可能平安無事地穿越一個巨型黑洞的外部邊界或視界。本圖片的數據由約翰?霍利使用超級計算機模擬獲得，安德魯?哈密爾頓使用模擬數據繪製得到了本圖片。

在現實世界中，人類的過往決定著人類的未來。例如，如果一個物理學家知道宇宙起源的初始條件，她就能夠通過計算預測出，宇宙在任何時間和任何空間條件下的情況和樣子。（量子力學統治的微觀世界不在此列）

但是，加州大學伯克利分校的一名數學家發現了一種特殊類型的黑洞，在這種黑洞中，以下這條物理定理將不成立：過去決定著現在，現在決定著未來。如果有人能夠進入到這些相對溫和的黑洞的內部，進入者能夠生存下來，但是，進入者的過去、進入者的過往歷史將會被抹殺，進入者將會因此而獲得無數種可能性的未來。

強宇宙監督假說維護時空的因果性

已經有物理學家在以前的研究工作中提到過上述命題，他們提出了強宇宙監督假說，來對該命題進行解釋。該假說認為，類似於恐怖性死亡等災難事件，可以防止觀測者實際進入一個特殊的時空區域，如果觀測者能夠進入這片特殊時空區域，觀測者會發現，他們擁有了不確定的未來。這就破壞了時空的因果性，為此，這些物理學家假定宇宙中存在著某種形式的監督機制，這種監督機制會監督奇點或奇環，使之隱藏於事件視界的背後，防止出現裸奇異。這種監督機制背後的原理是，裸露的奇環或奇點能夠向周圍放出不確定的信息，破壞時空的因果性。換言之，裸奇異的出現將會使物理定律失效，導致觀測者失去利用物理定律預言未來事件的能力，換句話說，裸奇異的出現將會影響物理時空的演化。

因此，只要監督機制能夠確保奇點或奇環隱藏於事件視界的背後，就能夠防止裸奇異的出現，就能夠維護時空的因果性。物理學家羅傑?彭羅斯於四十多年前提出了強宇宙監督假說，羅傑?彭羅斯認為，對任何物理學理論來說，決定論都是神聖不可侵犯的、都是極為關鍵的。從人類過往及當前的研究工作來看，宇宙中的物理定理均不允許存在多個可能的未來。

強宇宙監督假說意味著，存在一種宇宙監督機制，它會監督奇點或奇環，使之隱蔽於事件視界的背後。

但加州大學伯克利分校博士後研究員彼得?海因茲表示說，數學計算髮現，類似人類所處的宇宙正在加速膨脹的過程當中，正在膨脹的宇宙中可能存在著某種特殊類型的黑洞，觀測者如果進入這種黑洞，不僅不會死亡，而且還有可能從確定性世界進入非確定性的黑洞世界。

在未來無法預測的宇宙空間當中，生活將會是何種樣子，真是難以想像。克雷數學研究所研究員彼得?海因茲說，愛因斯坦的廣義相對論方程完美解釋了宇宙的演化過程，我們通過數學計算得到的研究成果並不意味著愛因斯坦的廣義相對論是完全錯誤的。

「物理學家無法進入一個黑洞並對黑洞進行測量研究。這是一個數學問題。從數學研究的觀點來看，我們的研究成果使得愛因斯坦的廣義相對論方程在數學上顯得更加有趣，」他說：「研究人員可以放心地依靠廣義相對論方程進行計算、進行研究，同時，這個方程也具有物理學、哲學方面的深刻內涵，該方程也因此在人們眼中顯得很酷。」

葡萄牙里斯本大學的維托爾?卡多佐、若奧?科斯塔及基里亞科斯?德斯托尼斯、尼德蘭烏得勒支大學的阿倫?詹森研究發現：「這一結論基本相當於廣義相對論中決定論的嚴重失敗，考慮到廣義相對論的決定論在現代加速膨脹宇宙論中的重要地位，我們對這一研究發現絕對不可小覷。」以上人員同彼得?海因茲一起參加本次研究工作。

加利福尼亞大學聖巴巴拉分校的加里?霍羅威茨並未參與本次研究工作，霍羅威茨在《物理世界》期刊的報道中稱：「在我看來，這一研究提出很好的證據，證實強宇宙監督假說與引力論及電磁學存在著很大的不同。」

海因茲及其同事於2018年1月在美國科學期刊《物理評論快報》上發表了這篇關於奇異黑洞的論文。

本圖展示的是墜入黑洞的合理實際模擬過程，在墜落過程中，空間和時間會出現扭曲，隨著墜落的觀測者逐步接近黑洞內部或柯西視界，光線會出現藍移現象，觀測者抵達黑洞內部或柯西視界之後，時空會恢復到穩定狀態，大部分物理學家認為，此時的觀測者將會被湮沒。但加州大學伯克利分校的數學家提出了與大部分物理學家不同的看法，伯克利的研究人員認為，觀測者能夠在穿越視界之後生存下來。本圖片的數據由約翰?霍利使用超級計算機模擬獲得，安德魯?哈密爾頓使用模擬數據繪製得到了本圖片。

穿越視界之後的奇異不確定世界

黑洞的引力極為強大，包括光線在內的任何物體都不能逃脫黑洞的引力，所以人們不能直接觀測到黑洞，黑洞也因此而得名。黑洞之外的任何物體如果距離黑洞太近，如果越過了事件視界，將會墜入黑洞，永遠不能離開。

即便是小型黑洞也會讓靠得過近的觀測者無法離開。事件視界附近存在的天體潮汐力非常強大，足以將靠得過近的任何物體撕成碎片，直至這些物體碎裂成為一個一個的原子。

在類似於銀河系的很多星系的核心區域，潛藏著數以千萬倍，甚至數十億倍恆星質量的超級黑洞，對於這些超級黑洞來說，會發生一種極為詭異的情況：觀測者能夠平安無事地穿越超級黑洞的事件視界。

科學家認為，觀測者在穿越超級黑洞事件視界的過程中，將從我們當前的現實世界轉換進入黑洞世界之中，觀測者可能能夠在進入黑洞世界之後繼續生存。物理學家及數學家長久以來非常希望了解黑洞世界到底是何種樣子，他們利用愛因斯坦的廣義相對論方程對黑洞的內部世界進行了研究預測。在黑洞中心，也就是事件視界向內很深的地方，廣義相對論預言了時空彎曲將會變成了一個奇異點，時空彎曲在這個奇異點達到無窮大、引力也變得無窮大。在觀測者抵達黑洞中心之前的墜落過程，愛因斯坦的廣義相對論方程能夠對黑洞的內部世界做出很好的預測，但是，觀測者抵達黑洞中心或奇異點之後，愛因斯坦的廣義相對論方程就失效了。方程失效的原因可能是，時空彎曲在奇異點達到無窮大。

柯西視界是現實世界因果性的分界點

黑洞觀測者在抵達黑洞中心或奇異點之前，早已不可能與黑洞外部的世界繼續保持通信交流，也無法將其對黑洞的觀測發現通報給黑洞之外的人們，該觀測者在到達奇異點之前，將會碰到一些奇怪、致命的里程碑事件。海因茲對一種特殊類型的黑洞進行了研究，該類型黑洞是一種標準、無旋轉的帶電黑洞，這種黑洞在事件視界內部存在著柯西視界。

柯西視界是現實世界因果性的分界點，也是決定論的失效點，具體來說就是，在柯西視界之外的世界，過去決定著未來，在柯西視界之內的世界，過去不再決定未來。包括彭羅斯在內的物理學家早已提出，觀測者不可能穿越柯西視界，他們會在穿越過程中被湮沒。

彭羅斯等物理學家認為，隨著觀測者逐步接近柯西視界，時間的流逝速度會在強引力場的作用下逐步變慢。光線、引力波及其他任何碰上黑洞的物體，都會不可避免地朝著柯西視界進行墜落，進入黑洞並同樣朝著柯西視界墜落的觀測者最終將會看到所有的能量在同一時間朝著柯西視界瘋狂賓士。在以上情況實際發生的過程中，該黑洞在宇宙的整個生命周期中所觀測發現的能量將在同一時刻撞擊到柯西視界，飛向柯西視界的觀測者將在能量撞擊轟擊柯西視界的過程中遺忘掉過去的一切。

這張時空圖表顯示的是，帶電球形恆星在引力坍縮之後形成了一個帶電黑洞。穿過事件視界的觀測者最終將碰到柯西視界，柯西視界是一條分界線，可通過初始數據進行預測的時空區域終止於柯西視界，柯西視界以內的世界，未來將不再由過去決定。海因茲及其同事研究發現，類似於我們所處的加速膨脹的宇宙時空的初始數據，無法用於預測研究柯西視界之內的時空區域。這一發現違反了強宇宙監督假說的原理。

膨脹宇宙當中，可見之永恆並非永恆

海因茲認為，強宇宙監督假說在類似於我們所處的加速膨脹的宇宙時空中並不適用。在加速膨脹的宇宙當中，時空也在被加速撕裂，因為能量傳播的速度無法超越光線，因此，大部分距離黑洞極為遙遠的宇宙空間對黑洞並不會產生影響。

實際上，只有處在可觀測視界之中的能量才能夠墜入黑洞之中。可觀測視界的含義是：黑洞在其存在過程中可以觀測的宇宙的最大體積。我們不可能觀測到或知道任何與我們沒有因果關係的事物，對我們而言，在宇宙大爆炸之後，一些宇宙的部分可能由於距離地球太遠，導致了其發出光線到現在為止也未能到達地球，所以這部分的宇宙可能仍然處在可觀測宇宙之外。在未來，遠處的星系發出的光線將會擁有更長的時間來穿越時空，所以現在我們不能觀測到的一部分宇宙將會在未來被觀測到。

對人類來說，可觀測視界為138億光年，其具體含義是，一個目前在138億光年距離內發生的事件可以在不超過138億年時間的未來被我們知曉並看到，但是超過138億光年距離以外的事件即便是發生了138億年時間之後，也永遠不會被我們知道了。138億光年的距離，包含了時間長度為138億年的未來的一切事件。宇宙的年齡計算結果約為138億年，但是由於宇宙膨脹，一些最開始十分接近地球的天體，現在卻已經距離地球138億光年，觀測結果顯示，可觀測宇宙的直徑大約為280億秒差距，大約930億光年，可觀測宇宙的半徑大約為465億光年。因為宇宙的膨脹，我們無法觀測到超越465億光年距離之外的天體。

哈勃超級深場圖像：這是人類能夠觀測到的宇宙最大的尺度——宇宙視界

穿越柯西視界的觀測者能夠在這個未知不確定世界中實現永恒生存

在膨脹宇宙情景下，宇宙的膨脹效應將會部分抵消黑洞內部時間流逝速度變緩導致的增強效應，在某些情況下，宇宙膨脹甚至能夠完全抵消時間變緩。萊斯納-諾思通-德西特黑洞是一種特殊、光滑、非旋轉、大電荷黑洞，海因茲等人研究認為，觀測者能夠在穿越萊斯納-諾思通-德西特黑洞的柯西視界的過程中生存下來，並進入非確定性的黑洞世界。

「在這個非確定性的黑洞世界裡，嚴密地存在著愛因斯坦廣義相對論方程的運算結果，那裡的一切物理現象都是光滑而正常的，不存在糾結、不存在無窮大的天體潮引力，在柯西視界及其之後的世界裡面，萬物都能夠按照愛因斯坦廣義相對論方程完美地運行，」海因茲強調說：「穿越萊斯納-諾思通-德西特黑洞的柯西視界的過程將會很痛苦，同時這一痛苦過程的持續時間將很短暫。穿越柯西視界之後的物理學情況將非常難以預測研究，在類似於萊斯納-諾思通-德西特黑洞的情形下，觀測者能夠避免終結於黑洞中央奇異點的命運，並在這個未知的世界中實現永恒生存。

海因茲承認，帶電黑洞會吸引相反電荷物質，這一過程會導致帶電黑洞變為中性，因此，帶電黑洞很有可能並不存在。帶電黑洞的數學解析結果被用作替代物，以研究普通旋轉黑洞的內部情況。海因茲認為，被稱為「克爾-紐曼-德西特黑洞」的光滑、帶電、旋轉的黑洞，也會出現同樣的類似情況。

只要存在一個違反決定論的黑洞，就意味著決定論在宇宙中並不普遍適用

「這種發現讓人感覺很奇怪，本來帶電荷恆星坍縮之後成為黑洞這個想法就能夠解釋不少物理現象了，結果卻出現了一個更為奇怪的現象，這就好比是，作為觀測者的愛麗絲跑進了一個各項參數達到極值的黑洞，愛麗絲還成功穿越了該黑洞的柯西視界，成功生存下來之後還抵達了黑洞之中的一片宇宙區域，在這片區域中存在著恆星坍縮為黑洞之前的全部初始狀態信息，但非常遺憾的是，由於黑洞的柯西視界之後的世界已經從確定性世界轉變為非確定性世界，因此，作為觀測者的愛麗絲將無法預測將來會發生什麼事情，也就是說，愛麗絲的將來不再決定於愛麗絲的過去，因果性在非確定性世界裡已經失效，」海因茲說：「初始狀態的全部信息對將來情況不再起到決定作用。這就是該情況極其難以研究的原因。」

海因茲、卡多佐及其同事共同組成研究小組，發現了這些特殊類型的黑洞，他們對遭受引力波衝擊的黑洞反應情況進行計算，並對持續時間最為長久的黑洞反應情況進行了重點研究。他們研究發現，在某些情況下，甚至是持續時間最長的反應頻率也能夠以極快的速度進行衰變，衰變速度之快，以至於能夠防止衝擊增強效應將柯西視界轉變為一片死亡區域。只要柯西視界不是死區，觀測者就有可能安全穿越黑洞的柯西視界。

海因茲等人的研究報告刺激其他研究人員發表了很多相關的研究論文，其中有一篇研究報告認為，大部分正常運動的黑洞不會違反決定論。但海因茲堅持認為，只要存在一個違反決定論的黑洞，就意味著決定論在宇宙中並不普遍適用。

「從上世紀九十年代中期以來，人們一直認為強宇宙監督假說在宇宙中是普遍成立的，人們在這一信念的支持下已經驕傲自滿了大約20年時間，」海因茲說：「我們的研究成果對人們的這一信念提出了挑戰，我們希望能夠推動更多的人繼續進行研究。」

來源：https://phys.org

譯者：朱川

責編：高佩雯

關注「漫步宇宙」

了解中國領先的太空資訊站

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！