圈量子引力追踪黑洞演化。我们对于黑洞物理的诸多方面一无所知,这是因为在黑洞的中心及黑洞的未来量子现象占主导。为计入量子效应,需要一个关于引力的量子理论,可对黑洞的量子行为进行计算。随着黑洞中心演化,它的外表面(视界)由于发射辐射而缓慢地收缩,这种收缩直到达到普朗克长度(量子引力的特征尺度)或略早一些时,在视界处发生量子跃迁(量子隧穿)将黑洞的视界转变成白洞的视界。我们对黑洞的量子物理的了解仅是开始。
《三体》奇妙的科学猜想,超光速、逃逸黑洞、时间牢笼等概念分析。原因很简单:光速是一个可以重标度的量。黑洞注定是广义相对论范畴的模型,逃逸速度是弱引力、几乎静止(我把速度与真空光速的比值几乎为零定义为“几乎静止”)的情况下才能讨论的。对于经典广义相对论来说,黑洞可以将一切物质吞噬进去,它就像个牢笼,里面的东西无法在有限长时间里逃逸出黑洞。有人曾对黑洞做过量子修正,发现黑洞内的粒子也存在量子隧道效应。
“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。
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。
信息可从黑洞里逃逸出来|黑洞|信息。凤凰科技讯 北京时间3月10日消息,美国太空网报道,近日一组科学家们表示,每一个黑洞都隐藏了一个秘密——形成它的恒星的量子残骸,科学家们还预测了这些恒星会在黑洞蒸发后出现。“黑洞有一个巨大的残余物——普朗克恒星——这使得我们能够理解黑洞的蒸发以及它生命的最终阶段。因对黑洞理解不够透彻而导致的信息悖论,此时也将不复存在。” 维多图说道。
本文将简要介绍广义相对论的两个基本假设和各种预言及其实验检验,例如:广义协变原理、等效原理、磁型引力(或说引力磁场)效应、时钟变慢与引力红移、引力波、光线偏折(引力透镜)、行星近日点进动、雷达回波的时间延迟、中子星、引力塌缩与黑洞、黑洞热力学与霍金辐射、大爆炸宇宙模型、计算(数值)广义相对论、量子引力,等等。因此,广义相对论的引力场包含电型引力(其最低)和磁型引力(这是牛顿引力中所没有的),等等。
宇宙中的黑洞吞噬的星球,都去哪里了?稍加修正的回答是:进入黑洞的物质还是有可能以另一种方式出来,也就是说黑洞不是完全黑的。你只能依靠黑洞产生的间接效应来判断某个地方有个黑洞,例如黑洞的吸积盘以及垂直于吸积盘喷射出的粒子流,或者两个黑洞合并产生的引力波。更加精细一点说,一个黑洞把空间分成了两部分:一部分是黑洞内部,在这里面的物质永远不会跑到黑洞外面去;所以,进入黑洞的物质也可能会出来。
八个会被忽视的黑洞常识。可以把黑洞的视界想像成球体,它的直径和黑洞的质量存在着直接的比例关系。这类黑洞名为“太阳质量黑洞”,是最常见的一种。这类黑洞的质量在太阳质量黑洞的十亿倍以上。霍金辐射的温度与黑洞的质量成反比:黑洞越小,温度越高。但是黑洞会因为辐射而丢失质量并缩小,最终会完全转变成无序的辐射,遗留下的辐射量只与黑洞的质量有关,而与形成黑洞的物质细节无关,与有什么坠入过黑洞无关。
黑洞里面是什么?根据广义相对论的所有教科书中给出的经典例子,如果使用外部观测者的时钟,那么即使经过无穷长的时间,物质也不可能进入黑洞,因此对于(还)没有进入黑洞的我们来讲,黑洞里面实际上什么都没有!进入黑洞的物质在外部观测者有限的时间内不会到达中心,因此物质在黑洞内部处于分布状态,物质的分布情况完全取决于物质落入黑洞的历史,但是中心处空空如也,也就是黑洞中心没有奇点!
宇宙划分之——什么是“量子”?“一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位,则这个物理量是量子化的,并把最小单位称为量子。”这是量子理论对“量子”概念的表述。那么,所谓的“黑洞”和“奇点”就不可能具备量子效应(因为,它们拥有强大的质量,故而,不会具有量子效应。)。“量子”并不存在,宇宙只存在“粒子”和“能量”,当你对能量扰动时能量就转化为粒子。因此,“量子”的定义标准取决于能量的大小和能量的形式。
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。
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。
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。
此前进行的研究认为黑洞和白洞相互关联,物质和能量被黑洞吞噬,最后从藏身于宇宙其它角落或者另一个宇宙的白洞吐出。在2014年的研究中,罗维利的团队认为由于时空不可能被压进比量子还小的物质,一旦黑洞蒸发到不能继续萎缩的程度,垂死的黑洞便会反弹,演化成白洞。据信,黑洞由大质量黑洞发生猛烈的超新星爆炸后形成。“它们并不像黑洞一样吞噬物质。”如果一个黑洞遭遇一个白洞,结果将是一个更大的黑洞。
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)。
但这就是神奇之处:量子引力允许黑洞的整个时空几何结构反弹,也就是说,继续穿过黑洞的中心点,进入一个单独的、新的时空区域,在这个区域,不仅物质,而且整个时空都在反弹。要做到这一点,应该有一段时间,事件视界从黑洞的事件视界转变为白洞的事件视界。它不是按照经典的广义相对论方程式演化,而是突然从黑洞视界隧穿到白洞视界。我们看到的黑洞有着数百万年的历史,因此一个大黑洞需要很长的时间才能通过隧穿进入白洞。
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!
之所以称为白洞,也是以黑洞相比较而言的,白洞的各种特征都是与黑洞相反的,黑洞就像是一个填不满的洞,它会一直不停的吸收物质。但是,白洞也是一个强引力源,其外部引力性质与黑洞是相同的,白洞的引力也可以把它周围的物质吸积到边界上形成物质层,它把附近的尘埃、气体和辐射吸引到边界上来,产生很高的加速度,从而与从白洞内高速向外喷射的物质微粒相碰撞,从而产生巨大的能量辐射。
之所以称为白洞,也是以黑洞相比较而言的,白洞的各种特征都是与黑洞相反的,黑洞就像是一个填不满的洞,它会一直不停的吸收物质。但是,白洞也是一个强引力源,其外部引力性质与黑洞是相同的,白洞的引力也可以把它周围的物质吸积到边界上形成物质层,它把附近的尘埃、气体和辐射吸引到边界上来,产生很高的加速度,从而与从白洞内高速向外喷射的物质微粒相碰撞,从而产生巨大的能量辐射。
白洞与黑洞之间存在着怎样的联系?一个球形天体,半径收缩到引力半径以内,就要一直收缩下去,最后落到中心奇点上,这就是黑洞,而如果半径小于其引力半径的球形天体,开始时向外膨胀,中心奇点周围的高密态物质向外喷射,这种反塌缩过程就是白洞。也许每一个黑洞都有一个对应的白洞!和黑洞类似,白洞也有一个封闭的边界,聚集在白洞内部的物质,只能经边界向外运动,而不能反向运动,就是说白洞只向外部输出物质和能量。
《时间简史》摘抄。海森堡指出,粒子位置的不确定性乘上粒子质量再乘以速度的不确定性不能小于一个确定量——普郎克常数。并且,这个极限既不依赖于测量粒子位置和速度的方法,也不依赖于粒子的种类。不相容原理是非常关键的,因为它解释了为何物质粒子在自旋为0、1和2的粒子产生的力的影响下不会坍缩成密度非常之高的状态的原因:如果物质粒子几乎在相同位置,则它们必须有不同的速度,这意味着它们不会长时间存在于同一处。
例如,你通过虫洞从地球抵达织女星,很显然比穿过虫洞外的时空抵达的光线还要快,但是你在穿越虫洞时相对虫洞的速度是不能超过光速的。虫洞和黑洞另一个区别是,虫洞有两个洞口并通过一个隧道相连,而黑洞只有一个洞口,洞口的尽头是一个死胡同,任何物质掉进黑洞都会最终撞上内部的奇点。在电影里呈现虫洞和黑洞。为了保证银幕上黑洞和虫洞的真实性,影片制作方请来了大名鼎鼎的黑洞和虫洞研究专家基普·索恩作为科学顾问。
制造黑洞制造黑洞时间:2007-03-13 17:56 来源:《环球科学》2006年第01期 利用声与光的相似,科学家们模拟出一个"声学黑洞",试图解开宇宙之谜:我们所生活在其中的时空,是否根本就是一种流体?但在黑洞周围的弯曲时空中,虚光子对中的一颗,可能会陷入视界内部,而另一个会滞留在视界之外。重要的是,在非常靠近黑洞视界的空间,还保持着近乎完美的量子真空――当我们把流体和黑洞进行类比时,这将变得至关重要。
[转]理论物理中的五大问题。也许我们还缺乏对量子力学的更加深刻的理解,但这种理解不会从量子力学本身中来,也不会从修改量子力学中来,而是将量子力学放在更大的框架中去理解后才会得到,例如,量子力学在量子引力中是如何实现的,量子力学如何用来实现量子宇宙学。1. 量子引力全息原理的最一般的物理表述是什么?也许我们还没有一个完整的量子引力理论,但黑洞量子物理明明白白告诉我们有一个全息原理在那里。
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