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现有科学理论全部崩溃?黑洞中难道隐藏有宇宙终极秘密?难以想象

 天童老僧 2019-04-11

黑洞是宇宙中最不可思议的天体之一。当一颗大质量恒星走到生命的尽头时,由于自身重力的作用,它将向中心一点猛烈塌缩,势头之强连电子和中子间的强大斥力也无法阻止。最终,整颗恒星被压缩成一个密度无穷大体积无限小的奇点。

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事件视界就是黑洞与外部时空之间的分界线,任何物质包括光在内都无法逃脱事件视界的范围。它的大小和黑洞质量有关,以一个太阳质量的黑洞为例,它的事件视界就是一个半径3公里的球体;如果黑洞质量只有一个地球大小,它的事件视界半径只有9毫米!

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令人惊奇的是,如此神秘的黑洞性质却出奇简单。从物理学角度完整地描述一块糖,需要知道体积、质量、密度、化学分子构成等几十种参数,而吞噬了一切物质的黑洞只剩下质量、角动量和电荷三个参数。形成黑洞物质的其它信息全部丧失,如同一个转世再生的人失去了前生的所有回忆,这被称为“黑洞无毛定理”。

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由于黑洞是从大质量恒星演化而来,具有恒星的全部质量,在被压缩至无限小的空间之后,为保持原有的角动量,旋转速度大大提高。加上黑洞不断吞噬周围的物质,导致其自转速度越来越快。2013年,天文学家发现距离地球6千万光年远的NGC 1365星系中心,潜伏着一个200万颗太阳质量的超大黑洞,旋转速度相当于每小时10.8亿千米!

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那么黑洞的旋转有可能超过光速吗?加州大学洛杉矶分校天文学家马克·莫里斯博士认为,黑洞旋转速度存在一个无法突破的物理极限。黑洞自转越快,其事件视界就越小。当速度突破极限时,有可能导致黑洞的奇点暴露在外,成为一个“裸奇点”。

如果出现裸奇点,意味着奇点本身向外界辐射能量和光,从而被我们观测到——而这是目前物理学定律所不允许的。爱因斯坦曾经提出,奇点无法直接观测。裸奇点的存在本身就是对广义相对论的巨大威胁。1997年,得克萨斯大学的科学家曾用计算机模拟一个旋转黑洞的形成过程,结果竟然产生了一个裸奇点!

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当然,这些理论预言的裸奇点仅存在于五维空间中,还不至于对科学家造成太大困扰。作为现代物理学的两大支柱,广义相对论是引力王国的主宰,而量子力学向我们描述了微观世界种种匪夷所思的现象,两个理论看似矛盾重重,但大多数情况下井水不犯河水,彼此还算相安无事。

只有在奇点这个引力和尺度都达到极限的地方,两个理论才迎头相撞,必须分个你死我活。从某种意义上来说,时间和空间的尽头——宇宙大爆炸本身就是一个奇点,但迄今为止我们只能追溯到大爆炸发生后10^-43秒——之前发生的一切完全超出人类的认知,现有科学理论在这里全部崩溃。

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而宇宙的终极秘密或许就隐藏在奇点之中,如果能观测到一个暴露在外的奇点,我们也许能目睹另一次宇宙大爆炸事件,而一个完美解释宇宙万物的大统一理论也将因此而诞生。

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