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[科學新知] 【黑洞】絕對恐怖的力量 [複製連結]

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發表於 2019-12-12 20:17:57 |顯示全部樓層
本文最後由 阿左左 於 2019-12-12 20:19 編輯




假設如果你即將要掉入一個黑洞。儘管現階段是不可能,但若是你存活了下來,在你面前等待的會是什麼?你最後會出現在哪裡,若是你設法回來,你又會經歷怎樣的故事呢?

黑洞原本是愛因斯坦在相對論中通過數學公式推算出的一種假象天體,但自從上世紀80年代天文學家在距離地球26000光年的人馬A星發現第一個黑洞後,天文學家通過大量的天文觀測、數據研究,也得出一些關於黑洞的共性:黑洞是一個奇點,質量、密度、能量趨於無限大,體積趨於無限小,存在一個人類無法觀察的事件視界

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黑洞內部為何?

對於這些問題的答案,英國杜倫大學(Durham University)物理學家 理查•馬塞教授(Richard Massey)。馬塞教授完全深知黑洞的神秘。他表示:「落入事件視界意思就是與世長辭:一旦落入事件視界後,沒有人可以傳送訊息回來,因為這些人會被極大的重力撕裂成碎片,所以我懷疑任何掉入黑洞的人能去到任何地方。」

若這聽起來似乎是個令人失望且痛苦的答案,這是可以預料的。自從愛因斯坦(Albert Einstein)的廣義相對論被認為預測了黑洞是由重力的動作將時空連結,已知黑洞是源自一顆巨大恆星的死亡,而留下一顆小而高密度的核心。若假設這顆核心具有超過太陽約 3 倍的質量,則其重力會巨大到讓其本身落入一個單一點,或是所謂奇異點,也就是黑洞無限稠密的核心。

所形成的黑洞會有極強大的重力拉力,以至於連光都無法躲掉。因此,若是你發現自己位於事件視界,也就是根據德國天文學家 卡爾•史瓦西(Karl Schwarzschild)所提出的,光及物質只能往內通過之處時,就完全無法逃脫。根據馬塞教授的說法,潮汐力會將你的身體變成好幾束的原子線,也就是所謂的「麵條化」(spaghettification),而物體最終會在奇異點被壓碎。至於你可能會出現在某處,或許是在另一邊的想法,則是不可能實現的。

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蟲洞的可能性?

「蟲洞」又稱時空洞,是宇宙中可能存在的連接兩個不同時空的狹窄隧道。
一般情況下,人們口中的「蟲洞」是「時空蟲洞」的簡稱,它被認為是宇宙中可能存在的「捷徑」,物體通過這條捷徑可以在瞬間進行時空轉移。但愛因斯坦本人並不認為「蟲洞」是客觀存在的,所以,「蟲洞」在後來的幾十年中,都被認為只是個「數學公式」。

理論上,蟲洞是連結兩個遙遠時空的多維空間隧道,就像是大海裡面的漩渦,是無處不在但轉瞬即逝的。這些時空漩渦是由星體旋轉和引力作用共同造成的。就像漩渦能夠讓局部水面跟水底離得更近一樣,能夠讓兩個相對距離很遠的局部空間瞬間離得很近。不過有人假想一種奇異物質可以使蟲洞保持張開,也有人假設如果存在一種叫做幻影物質的奇異物質的話,因為其同時具有正能量和負質量,因此能創造排斥效應以防止蟲洞關閉。

「蟲洞說」目前仍是一種假設,但科學的進步離不開大膽的假設,人們一度認為物質的最小組成單位是原子,後來又發現了中子和質子。同樣,長久以來,人類也曾認為宇宙是由物質構成的,但暗物質的存在推翻了這一結論。科學假設的意義,就在於擺脫現有束縛,通過不斷地自我否定和懷疑,推進人類對宇宙的了解和自身的進步。正如科學家所言:「在任何情況下,我們都需要問自己,那到底是什麼?

可以時光旅行?真的是這樣嗎?在這幾年科學家開始探索黑洞可能是通往其他星系的可能性。有些人還認為黑洞甚至可能是通往另一個宇宙的通道。
這些想法已經出現一段時間。首先,愛因斯坦與物理學家納森•羅森(Nathan Rosen)合作,在 1935 年提出了連結兩個不同時空點橋樑的理論。但在 1980 年代這個理論獲得了嶄新的基礎,當今研究廣義相對論的天文物理最頂尖的物理學家之一,基普•索恩教授(Kip Thorne)對於物體是否能穿過黑洞,提出了一個說法。

向好萊塢電影「星際效應」(Interstellar)提供專家建議的索恩教授,曾在其著作《星際科學》(The Science of Interstellar)寫到:「我們並未在宇宙中看到可以隨著年齡增長而變成蟲洞的物體。」索恩教授也曾表示,穿過這些理論隧道的旅程很有可能只是科幻故事,而且絕對沒有穩固的證據來說明黑洞可以形成如此的通道。

問題在於我們無法靠近親自觀察黑洞。我們甚至無法拍攝任何黑洞內部的照片,因為光線無法逃離黑洞巨大的引力,因此相機無法拍攝到任何畫面。就目前而言,理論認為任何進入事件視界的事物就會進入黑洞裡面,而且因為在此界線時間會扭曲,時間會進行的非常緩慢,因此即使你進入黑洞,也無法很快把正確答案公諸於世。

哈佛大學(Harvard University)天文物理學教授 道格拉斯•芬克拜納(Douglas Finkbeiner)表示:「我認為標準的故事是黑洞會導致時間的終點。一個位於遠處的觀察者不會看到他們的太空人朋友掉入黑洞內。因為重力紅移(Gravitational redshift)的原因,他們只會隨著靠近事件視界而變得更紅且更微弱。但是掉入黑洞的朋友會落入一個超越『永恆』之處,無論那個永恆意味著什麼。」
或許通到白洞

若黑洞真的會通到另一個星系或另一個宇宙,在另一側就必須有個與之相反的物體。是否可能如同俄羅斯宇宙學家伊戈爾•諾維科夫(Igor Novikov)於 1964 年提出的理論:一個白洞(white hole)?諾維科夫提出一個黑洞會連結到一個存在於過去的白洞。不同於黑洞,白洞會允許光及物質離開,但是光跟物質無法進入。

科學家持續探索黑洞及白洞之間的可能連結。物理學家卡洛•羅威利(Carlo Rovelli)及霍爾•哈格德(Hal M. Haggard)於 2014 年發表的研究中所述:「在一個有限的時空區域之外,也就是物質崩解入黑洞並從白洞出現之處,存在著一個滿足愛因斯坦方程式的公式。」也就是說,所有被黑洞吞入的物質可能會被吐出,而且黑洞可能會在死後變成白洞。

黑洞的崩毀不會破壞它吸入的訊息。相反地,黑洞將經歷量子反彈(quantum bounce),使得訊息得以脫逃。若是如此,它將為物理學家史蒂芬•霍金教授(Stephen Hawking)的理論提供一些啟示。霍金教授在 1970 年代探討了量子漲落(quantum fluctuations)而導致黑洞發出粒子和輻射(熱能)的可能性。

芬克拜納教授表示:「霍金認為黑洞不會永遠存在。」在霍金於 1976 年發表的研究中,他計算出輻射會造成黑洞失去能量、縮小並消失。根據霍金的說法,放射出的輻射是隨機的,而且不包含掉入黑洞的訊息,當黑洞爆炸時,會消除大量的訊息。

也就是說,霍金的想法與量子理論不一致,因為量子理論認為訊息是無法被摧毀的。物理狀態的訊息只會變得更難找,因為若訊息消失了,就變得無法知道過去或未來了。霍金的想法產生出「黑洞資訊悖論」(black hole information paradox),長期以來一直困擾著科學家,有些人認為霍金的想法是錯誤的,而他甚至也曾宣稱自己犯了這個錯誤。

那麼,黑洞會放射出保存的訊息,並透過白洞將其丟出嗎?或許如此。在2013 發表的一篇研究中,路易斯安那州立大學(Louisiana State University)的霍爾赫•普林教授(Jorge Pullin)將迴圈量子重力論(loop quantum gravity)應用於黑洞,並發現重力往核心增加,但會減少並掉下任何進入宇宙另一區域的東西。這個結果給予黑洞作為入口想法的額外支持。在這個研究中,奇異點不存在,所以不會形成堅不可摧的障礙而壓毀任何遇到的事物。這也代表訊息不會消失。

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或許黑洞根本哪裡都不通

然而很多物理學家仍然相信霍金理論可以解決某些問題。他們研究一個被稱為「AMPS 火牆」(AMPS firewall)或「黑洞火牆」假說的理論。根據他們的計算,量子力學可以將事件視界轉變成一個巨大的火牆,任何接觸到的物質都會瞬間燃燒。從這個意義上來說,黑洞根本不會通到任何地方,因為沒有任何東西進得去黑洞中。

然而這個理論違反了愛因斯坦的廣義相對論。跨過事件視界的人們實際上不應該感到困難,因為物體會是自由落體狀態,且根據等效原理(equivalence principle),該物體不會感受到重力的極端影響。AMPS 火牆理論可能會遵循宇宙中某處存在的物理定律,但即使其不違反愛因斯坦的原理,也會破壞量子場學說的理論。

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充滿不確定性的黑洞

2014年,霍金教授發表的一項研究中,他避開了事件視界的存在,也就是說在該處沒有可以燃燒的事物,重力的崩潰反而會產生出「視視界」(apparent horizon)。

視視界會暫停試圖逃離黑洞核心的光線,並且會持續「一段時間」。霍金教授提到,視視界會暫時保留物質及能量,並在之後會溶解及釋放它們。這個解釋最能與認為訊息不會被摧毀的量子理論吻合,並且若是能被證明的話,那就表示任何東西都能從黑洞中逃離。

霍金甚至表示黑洞可能根本不存在。他曾寫到:「黑洞應該要重新被定義為重力場的介穩束縛態。那裡不會有奇異點,而且當視視界會因為重力往內部移動,它永遠不會達到中心並合併於一個稠密的質量上。」

然而任何被黑洞釋放出的東西,將不會以被吞沒的訊息出現,所以不可能從出來的東西中分辨進去的是什麼。這本身就會造成問題,尤其是對一個發現自己處在如此情況下的人而言,這些人將永遠不會有相同的感受。

然而有一件事是確實的,黑洞之謎將會在未來很長時間中繼續被科學家研究。最近被認為暗物質的一個成分可能是已蒸發黑洞的殘留物,而霍金教授生前最後一篇關於黑洞的論文也已於 2018 年發表,裡頭描述了零能量粒子是如何在事件視界被保留下來,也就是訊息沒有消失而是被捕捉。



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發表於 2019-12-14 01:42:30 |顯示全部樓層
地球兒只要靠太陽再近上一點,遠上一點.

所有生靈盡不復存.

甚至她自己發點脾氣對人類都是浩劫.

黑洞的確可怕.

用不著這個大魔王,人怕的東西可多了.

被蚊子咬死的人數你一輩子都數不完吶.



讀書少是不是就什麼都不知道?絕對不是.

不會使用標點符號能有什麼藉口?義務教育前段之識吶.

懶?看懂就好?

@@吃X也會飽,您怎不吃???
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