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有关黑洞的问题(内含中文视频)

 天文在线 2023-04-08 发布于云南



视频版权:Sixty Symbols;
字幕翻译:天文志愿字幕组(有错误的地方望各位指出)
翻译@uma  
审核@6.5星等   


解说词

(翻译:天文志愿字幕组,若有错误,欢迎指出)

奇点,在我看来是我们无法理解的东西

一个奇点,意味着时空曲率

在这一个点上无限延伸

并且所有质量坍缩为一个点,所以这是一个点

确实只是一个点,并且所有的质量都在这。\N所以这个点的密度无穷大,我们知道密度是指每单位体积的质量

如果体积为0,那密度将无穷大

这就是在广义相对论中黑洞的定义

这也就是爱因斯坦的一个了不起的理论,它解释了物质和

时空曲率是如何错综复杂的联系在一起的。因此,这真的需要用

量子理论的知识来描述,并且我相信

量子理论将会解释是什么奇点在

黑洞的中心。只是现在我们还不知道是什么。所以这个结论

是比较传统的,但是当你涉入量子理论时

事情会变得模糊,我们不清楚的是这个奇点是否

会一直存在,或是消失。这个视界会一直存在吗?

我们认为黑洞会一直在那里,是吗?大概是在的吧

视界和奇点之间的区域又是什么样的呢?

那会是一个混沌的地方吗?或许就像在

飓风的中心?-如果你走向黑洞

并且是一个足够大的黑洞,你自己并不知道你跨越了视界

事实上,在视界周围的黑洞的密度

对于那些非常巨大的黑洞来说,就像水阶梯一样

所以你就这样穿过去了。但是接下来你会开始

感受到引力,并且当你

离奇点的距离越来越近,引力将会变得越来越大,然后你就会

开始伸展,并且你将会感受到来自黑洞的推力。

另一方面,对于一个太阳质量的黑洞,

就是有着太阳一样的质量的黑洞

视界上的重力会更强大,然后你就会

在跨过视界时,像意大利面一样被拉扯。你是看不到

视界的,这里没有标记告诉你:“视界已经到了!”

但是你可以穿过它,

在那个时候你可能已经从生命体的形式消失了。\N但对于一个你完全意识不到的特大质量的黑洞

引力就会小很多,物质的密度也

远远变小,然后它会

变成一个更小的黑洞。

这是一个好问题,如果这个黑洞很大,就像在银河

中心的大黑洞,你知道,当你穿过视界,

先不提保护层,但是当你穿过视界时

通常你会觉得没有什么事发生,因为事实上视界那的

引力场很弱。当你开始

进入到黑洞内部的更深处,你也许会觉得它还会保持原来的

一颗粒子的状态,但我会说可能不会,因为你进入了

一个引力失效的地方。现在让我们来想想

电子是如何变成量子的,好吗?电子从哪里得到它的质量?

其实它从希格斯粒子得到质量,更准确的来说是从希格斯场获得的

要获得质量,就要产生

自发对称性破缺,必须打破对称性,现在如果你

在高能量下恢复对称性

那么电子将失去质量,这不太好讲清楚,最终

电子将变成某种更大的物体的一部分。这就是

当你接近黑洞奇点时会发生的事情

当你接近黑洞奇点时,对称性将会恢复,你不能再用

低能物质动力学的理论来描述了,你需要

用一些高能物质理论来描述,但是最终你要

用完整的量子引力理论来解释,或者用其他任何理论

比如超弦理论。所以当你涉及到弦理论时

你所谈论的就不是电子了,你无法谈论一个非常接近奇点的电子

其实根本也没有奇点,可能有的只是

某种弦型的,

一部分是电子的结构,一种细长的磁激

我们不知道如何把重力和量子力学

用在那些引力很强而且量子力学占很大比重的地方

我们可以把量子理论很好的运用在

那些引力不强的区域,我们可以在

不需要考虑到量子力学的地方很好的理解重力,但是要知道

重力和量子力学都必须要存在,\N我们知道我们必须能够理解宏观和微观的世界,

还有宏观和微观冲突的地方,而且

黑洞的存在意味着,微观量子理论和宏观万有引力理论

最终会归结在一起

但这从信息上就有问题,因为

它只是从质量,角动量和电荷的角度来定义的。

没有头绪,也没有东西能告诉你那里有什么

另一方面,量子力学也应该能够描述

这个过程。在量子力学的世界里,已经知道了存在着波函数

重要的是,我们可以跟踪这个波函数

用量子理论的核心方程,即薛定谔方程求解

这个方程告诉我们所有事件的期望概率之和为1

如果不满足这个条件,

那么表明我们系统有问题。当没有这些信息时,意味着

这个波函数不再是确定性的,严格意义上来说,你把概率加起来

就不会等于1。旧量子理论体系

出问题了,但是我们仍然相信量子力学可以解释

所以我们需要去协调缺失信息的经典黑洞理论

与不该缺失信息的

量子力学。

我们需要去检索它,并且为了做到这一点,\N你必须把这两个理论匹配起来。

黑洞的存在以及你看来的这个奇点

看起来你就像在它们的中心,并告诉我们

爱因斯坦的理论不是一个完整的理论

当你开始谈论高能量的强引力场等等时,

这可能是被替代的最好、最有效的理论

如果需要被别的理论替代,我猜可能是弦理论

我们相信在星系中心已经有了这些超大质量的黑洞

数十亿太阳质量的黑洞,这引发了

一个很有趣的问题:它们是怎么形成的,又怎么有时间去

我想这可能会涉及到弦理论,但没有人赞同这个想法。 我只是希望

科学家们能在黑洞合并之前

尽早发现这些巨大的黑洞

你可能需要另一颗理论种子,像超弦理论这样的,

但是不管怎样,这仅仅是我的个人期望。-

当你你协调量子理论和广义相对论来更好理解黑洞时,

奇点理论受到质疑了吗?人们或许会想:哦!

量子理论也是适用的

是的,肯定会,我想对于大多数

在思考量子理论会有什么影响的人

奇点理论会再次推翻他们的证明,推翻他们的

场方程计算,一旦运算被推翻,意味着奇点就会

被消除

举例来说,如果一个星体或者其它物体的引力大到光都无法逃脱

基本上可以暗示出这是一个黑洞

对于这些所有情况,我们目前都

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