用圈量子引力理论追踪黑洞演化。利用圈量子引力理论,Ashtekar, Olmedo和Singh预测黑洞会演变为白洞。随着黑洞中心的演化,它的外表面(视界)会因为释放辐射而缓慢缩小——这种现象是由史蒂芬霍金首次描述,这种收缩会持续到黑洞视界到达普朗克尺度(Planck size)(量子引力的特征尺度)或更早,在这一程度上,量子跃迁(“量子隧穿”)发生在黑洞视界中并把它转变为白洞视界(图二)。
黑洞会变成白洞吗?圈量子引力理论通过将时空量子化,来扩展广义相对论,它预言黑洞会演化成白洞。这种收缩持续进行,直到视界达到普朗克大小(量子引力的特征尺度),或者在早些时候,在黑洞视界发生量子隧穿,把黑洞的视界变成白洞的视界。我们才刚刚开始理解黑洞的量子物理,但在这个仍处于推测阶段的领域,Ashtekar-Olmedo-Singh的结果给了我们一个固定点:圈引力理论预测,黑洞的内部将继续进入白洞。
从大爆炸到大反弹我们的宇宙有可能是在前一个宇宙崩塌之后出现的这一观念,自2003年以来一直令物理学家们非常着迷。研究小组使用LQC研究我们的宇宙在膨胀开始之后的长期行为时,他们遭到了打击——模拟的宇宙开始崩塌,这简直是在挑战我们所知的关于宇宙的一切。如果最终证明LQC正确的话,我们的宇宙就来自一个此前存在的宇宙,那个先在宇宙也曾经扩展,然后在引力的作用下收缩。LQC还阐明了我们的宇宙的另一个神秘阶段。
追溯空间与时间的原点 《自然》聚焦应对物理学终极挑战四大法宝。如此激进地对现实进行概念重建,是解释黑洞中心无限致密的“奇点”扭曲了时空结构,以及研究人员如何统一原子级的量子理论与星球级的广义相对论的唯一方法。圈量子引力理论 即使上述设想是正确的,但热力学理论并没有告知我们空间和时间的基本成分是什么。究其原因,就是一百多年来,相对论重新把物理学引入黑暗,量子理论也跟着添乱,把物理学搅得天昏地暗。
在此基础上, C. Rovelli 和 Smolin 提出把这种 Wilson loop 作为量子引力的基本态, 从而形成了现代量子引力理论的一个重要方案: Loop Quantum Gravity。从量子引力的角度来看, Loop Quantum Gravity 是正则量子化方案的发展, 而超弦理论则通常被视为是协变量子化方案的发展。因此尽管超弦理论本身的起源与量子引力中的协变量子化方案无关, 但它的形式体系在量子引力领域中通常被视为是协变量子化方案的发展。
黑洞吸进去的物质都去了哪里?在非常小的尺寸,一个新的引力理论正在被科学家所接受,叫做量子引力。宾夕法尼亚州立大学科学家将量子引力应用于黑洞的中心,他们声称计算出的结果不是奇点。白洞就像反向的黑洞,这意味着与黑洞不同的是,黑洞会将物质吸引进来,而白洞则会将物质射出。另一个就是所谓的快速无线电爆发,即在很短的时间内观测到大量的射电能量,这两种现象至少在原则上都是黑洞向白黑洞过渡的标志。
“神奇之处在于,量子引力使得反弹的不仅是物质,还有整个黑洞的时空几何结构。这就是我们所说的白洞。白洞就像记录黑洞的电影胶片在倒放。从外部看,白洞和黑洞没什么不同:它和黑洞质量相同,所以物体会被它吸引,并围绕其转动。不过,黑洞是被只进不出的事件视界包围,而白洞是被只出不进的事件视界包围。”罗韦利在英国《新科学家》周刊上发表的一篇文章中指出。有一些观点认为,白洞通过时空隧道(虫洞)与黑洞相连。
科学家:暗物质很可能与白洞有关。当黑洞发生这种基于量子引力的临界值时所发生的反方向弹跳,就是黑洞演化成白洞的开始。如果黑洞的寿命很长的话,也就是说,量子引力集聚的抗过密的力量达到足以促使黑洞反转为白洞所需要的时间足够漫长的话,那么,宇宙中很多有恒星坍缩而形成的黑洞还没有形成白洞,因此,我们现在还无法看到白洞。也就是说,宇宙周已经存在了白洞,我们受观测的局限性,科学家们还没有确认已经观测到了白洞。
类比到量子生灭平衡的状态,也当存在此种结论,只不过量子对应时空的间断体现为"量子真空"而已。时空量子实际上是一种能量子(量子黑洞),本身具有全息特征,也被称为全息隐能量场,因为实现了对于时空的闭锁(其实时空量子的存在本身来源于宇宙的闭阴锁阳性质,是对质量和动量的某种相对的闭锁,对于能量以上的高阶信息宗量并不闭锁)。Ashtekar和同事们利用了圈量子引力给出的爱因斯坦量子方程。
这一过程有可能把黑洞变成白洞。白洞也有可能是宇宙中其他地方(甚至多重宇宙中另一个宇宙里),黑洞形成时的产物。在这种情况下,白洞和黑洞会在时间和空间上相互连通,其桥梁就是虫洞。物质会落入黑洞,然后穿过虫洞,再从其他地方的白洞喷出。物质会先落入黑洞,然后穿过虫洞,再从白洞喷出。宇宙中最强劲的爆发事件被称为γ射线暴,它们是由恒星碰撞、超新星爆发、甚至是恒星与黑洞或者黑洞间并合所产生的极端过程。
但是有一点又是跟平常所见的量子隧道效应大不相同的:之前,发生隧道效应的都是实物粒子,但是在黑洞的剧情中,发生隧道效应的是黑洞内部的时空结构——时空本身发生量子隧道效应,整个时空像袋子一样,里子朝外翻了。但霍金考虑了在黑洞视界附近发生的量子效应(正反粒子的产生及湮灭)之后,认为黑洞会通过霍金辐射蒸发,这就让黑洞有了一个寿命。现在,黑洞又可以通过“量子隧道效应”变成白洞,这又给了黑洞一个寿命。
以正极限粒子的形成为例,此时的8个正能量子可能会形成最大的正极限粒子,但这个极限粒子的形成需要依赖另外8个负能量子的继续分裂,直到形成足够数量的负极限粒子,使之形成密度最高的极限粒子固体并吸附到那个正极限粒子的四周,这样,才会避免其与另外那个最大负极限粒子的直接接触而造成湮灭。这样,宇宙当中的最大的正负极限粒子便得以诞生,它们构成了宇宙的两个基本点,咱们可分别叫他为宇宙正极点和宇宙负极点。
科学家:除非突破这3个理论。人类离神级文明有多远?首先我们要理解神级文明的定义,所谓的神级文明,按照前苏联科学家的说法就是宇宙的第三等级文明。如果我们能够突破性的利用量子纠缠理论来进行超光距信息传输,那么人类就能够踏上星际航行的征途,人类也能因此由第一等级文明进入到二三等级文明。白洞理论是基于黑洞理论而言的,科学家们认为黑洞是世界上最大的引力天体,而引力达到极限是可以扭曲时间和空间的。
暗能量是一种充斥于宇宙空间的能量,它以负压力的方式推动宇宙加速膨胀,但是却对制造虫洞无能为力。由于负能量可以产生排斥的引力,如果把负能量放置在虫洞的通道周围,它就能抵消虫洞自身的引力,防止虫洞坍塌。同时,如果你想要负能量和正能量分离的越远,你能得到的负能量就越小。由于负能量总是和正能量混合,我们可以设法在负能量波动进入盒子之后,而伴随它的正能量进入之前关上盒子,这样就得到了分离的负能量。
那么即使人造了一个黑洞,黑洞的中心就是虫洞入口,这样的虫洞也是没法用的,因为在进入虫洞之前,你早已被黑洞的巨大引力撕裂,而且这个黑洞很有可能是死胡同,它的终点就是奇点,没有出口!由于这种张力的作用, 当星际飞船接近虫洞的时候, 飞船上的乘员会渐渐感觉到自己的身体在沿虫洞的方向上有被拉伸的感觉, 而在与之垂直的方向上则有被挤压的感觉。因此一个虫洞没有负能量物质是不稳定的, 负能量物质太多了也会不稳定!
在这个世界上,人类充满许多未知领域,虫洞就是其中之一。佛教世界却为人类揭开了这个谜底。所以,大修行者是才真正是自然界的科学家。
量子纠缠和宇宙黑洞 科学网。但在理解与否定爱因斯坦提出的佯谬(Einstein-Podolsky-Rosen)——量子纠缠的理论渊源——的过程中,科学家开创了量子信息学,包括量子通讯和量子计算。量子计算机是传统计算机的推广,利用量子纠缠效应,可以叠加传统计算机的所有状态,作出所有可能的变换,也就是说所有相对应的传统计算可以同时并行完成,按照一定的概率叠加起来输出。因此宇宙虫洞实际上是宏观尺寸的量子纠缠现象。
白洞只有一个(不排除正反王为民粒子形成两个白洞,正反四宇宙的可能),宇宙分我们的物质宇宙和另一个反物质宇宙,正反两个宇宙中的黑洞将越来越多,它们将达到动态平衡,直到某一个黑洞和白洞发生碰撞而湮灭,宇宙中的黑洞最终合并,我们的物质宇宙和另一个反物质宇宙被最后一个大黑洞吞噬而终结。宇宙中的大质量恒星,可能最终演化为的黑洞,而黑洞又不断地吞噬我们的宇宙和反物质宇宙。
理论物理学家卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli)因为他在圈量子引力方面的工作而为物理学家所熟知,圈量子引力是一种将时空量子化的数学理论。为了回答这些问题,罗韦利带领读者进行了一趟时间之旅,向他们讲述了关于时间,物理学家知道以及不知道的种种。罗韦利:在量子引力领域工作时,一个人必然会面对关于时间本质的问题。广义相对论告诉我们,两个事件间隔的时间是由引力决定的,因此引力的量子行为会影响时间。
因此,想要真正实现探索宇宙,自由驰骋在宇宙空间,速度必然要达到超光速,只有宇宙飞船的速度能够以超光速飞行,才能可能走遍宇宙去探索宇宙的奥秘,人类才有可能成为高级文明,但是根据爱因斯坦相对论,物体在真空中的速度只能无限接近光速,也就是说光速是速度的极限,更不要说超光速了,可是在宇宙中超光速现象是存在的,去年科学家观测到宇宙深处的一次双子星碰撞融化喷发出来的物质,速度就达到了超光速。
哈格德和罗威利的想法是,所有的物质不管怎么坍缩,都无法形成一个奇点,在整个物质接近一个单独时空纤维圈时,整个黑洞通过量子隧道效应变为白洞的概率越来越大,直到“嘣!”黑洞突然变为了一个白洞。这样的话,大黑洞产生长的波长,小黑洞产生短的波长。这种黑洞被称为太初黑洞,而太初黑洞爆炸产生的信号波长最短可以只有几毫米。罗威利等人的理论表明,黑洞的质量越大,黑洞就需要经历更长的时间才能发生量子反弹。
虫洞、黑洞、时间旅行、引力波,对于许多人而言,这些令人浮想联翩的概念,似乎只存在于文学和科幻小说作品之中,但它们其实是科学家热衷于研究的对象。基普·索恩在腾讯WE大会分享关于虫洞、黑洞、时间旅行和引力波的故事。除了这些恒星质量的黑洞,科学家认为在大部分星系的中心都包含着一个质量为太阳数百万甚至是数十亿倍超大质量黑洞,例如在银河系的中心,就有一个质量为400万倍太阳质量的黑洞。
由虫洞理论引发的宇宙观的改革。根据物理学家网和《科学》杂志在线版在前几年的报道中,美国印第安纳大学的理论物理学家研究发现,我们的宇宙在大爆炸前可能一直处在两个宇宙相连接的时空隧道里,也就是虫洞的内部。与黑洞并列为宇宙三大神秘【洞】的白洞、虫洞主要用来解释一些宇宙中的高能现象。据计算,在宇宙大爆炸之前我们的宇宙就存在与虫洞中:另一个宇宙中某巨大星体的坍塌创造出一个虫洞,成了连接另一个宇宙的时空隧道。
爱因斯坦的广义相对论将时空与引力作用联系起来,预言了黑洞的存在,后来的研究表明,黑洞是由质量足够大的恒星死亡所产生的。我们甚至不能拍摄黑洞内发生的任何事情,因为光不能逃离黑洞的巨大引力,照相机就什么也拍不到。黑洞潮汐撕裂恒星事件的想象图。美国路易斯安那州立大学的豪尔赫·普林等研究者将圈量子引力论应用于黑洞,发现引力会朝着黑洞核心的方向增加,但会减少并撞开进入宇宙另一区域的任何物质。
每个黑洞的结局,都是时空反转、万物无法进入的白洞?一些天文学家认为,这样的“白洞”不仅存在,它们还是黑洞的未来——黑洞中的时空将在某个时刻反弹,转变为白洞。但它无法在黑洞中反弹:黑洞内的物质只能向下运动,这就是神奇所在:量子引力让整个黑洞中的几何时空反弹。这些黑洞都太过年轻,体积也太大,不可能已经隧穿到白洞——大的黑洞寿命更长。如果黑洞的寿命很长,那么只有小型原初黑洞已经变成白洞。
虫洞是连接出口与入口的一个隧道,在索恩的虫洞模型中,虫洞很短,穿越这个虫洞所需要的时间可以近似为零。新虫洞研究:不可穿越的虫洞等价于量子纠缠。贾弗里斯、高苹和阿伦·沃尔的理论是通过一些量子效应,使得不可穿越的虫洞变得可以穿越,但他们的新虫洞并没有破坏因果性,因为在他们的模型中,虫洞非常长,在虫洞里旅行需要花费很长的时间——因为在虫洞中穿行的时间比在虫洞外更长,所以这不会引起祖父悖论。
在非常小的尺度上,科学家需要引入新的引力理论,这一理论就是所谓的“量子引力”。简单来说,量子引力的含义就是“在最小尺度上的引力”,但这一术语并不代表某个特定的理论。从更实际的角度来看,圈量子引力论预测时空是量子化的,可能存在一个最小的时间或空间单元,使时空结构无法再细分下去。圈量子引力论是一个很难处理的数学理论,它阻止了研究者对黑洞内部做出可测试的预测。而黑洞就拥有宇宙中最强大的引力场。
宇宙之谜藏在这些个地方?大家可能都知道,关于早期的宇宙,有两个著名的理论,一个是大爆炸理论,一个是暴胀理论。因为根据大爆炸理论,宇宙诞生之后,所有的物质都还是微观粒子,所以服从量子规律。于是,他们干脆另起炉灶,提出一个“循环”宇宙模型,说宇宙通过膨胀、收缩、膨胀……另一组法国物理学家则进一步证明,宇宙大爆炸之后,会形成很多微型黑洞,这些黑洞在反弹中产生的高频无线电信号,非常类似今天观察到的FRB。