黑洞內部是什麼?諾獎得主認為,宇宙「禁止」人類直接觀察奇點

网瘾少女 2022/11/22 檢舉 我要評論

漆黑的顏色,吞噬一切的無底深淵,它就是宇宙中最讓人畏懼的天體——黑洞

黑洞,是宇宙中最讓人疑惑的天體,在理論物理中,各種關于黑洞的研究都是十分活躍的,每過一段時間就會有新的發現,各種關于黑洞的研究也是諾貝爾獎的常客,不過因為黑洞的種種特點,我們其實對這種天體的了解并不多,黑洞無法直接觀察,我們只能間接的推測黑洞的體積和質量。密度=質量/體積,而黑洞的密度為無限大,那麼黑洞在質量確定的情況下,體積就必須無限小。

我們常說的黑洞指的是內部奇點再加上外圍的視界,黑洞內部的奇點無限小,密度無限高,產生的引力強大到足以扭曲時空,光線被黑洞的引力吸引后,也無法逃脫,簡單來說黑洞就是一種時空曲率極大的天體,宇宙中最快的速度是光速,每個天體都有屬于自己的「逃逸速度」,只有達到這個速度后,才能擺脫這個天體引力的吸引,而黑洞的逃逸速度超過了光速,這也就是說進入黑洞的引力范圍后,就再也無法逃脫,畢竟宇宙最快的速度都無法離開黑洞的引力范圍。

黑洞到底是什麼?它是一個「球」還是一個「洞」?

廣義相對論預言了黑洞的存在,同時黑洞的存在也印證了引力是時空彎曲的觀點,黑洞的時空曲率就大到了光都無法逃逸,根據相對論黑洞附近的時間也會變慢,在黑洞內部的「奇點」附近,時間流速無限接近于停滯。因此人類很難對黑洞進行合理的探測,首先進入黑洞的光就無法離開,因此我們無法直接觀測到黑洞,黑洞其實不是黑色的,只是因為我們觀察不到它,才稱呼它為黑洞。

說黑洞是一個「洞」,其實也不恰當,因為黑洞的本質是一個被壓縮到極致的物質團,從理論上來說應該是球形的,只不過它的體積無限小。我們通常稱呼這個物質團為「奇點」,物理學中有兩個奇點,一個是造成宇宙大爆炸的奇點,另外一個就是黑洞內部的奇點,兩者之間有一些相似之處,但是本質上存在很大的差別,我們雖然說黑洞內部的奇點密度無限大,其實還是有一定數值的,只是我們無法描述,而促使宇宙誕生的奇點,真的蘊含無限大的能量和熱量,并且質量無限大,密度無限小。

所以黑洞既不是白色的,也不是一個洞,一切都是引力造成的假想,黑洞奇點的引力創造了一個「視界范圍」,造成了周圍的時空彎曲,才會像一個無底深淵一樣,把周圍的一切都吸引進來。

黑洞的視界范圍半徑被我們叫作「史瓦西半徑」,任何物體都有屬于自己的「史瓦西半徑」,當一個物體被壓縮成球形,并且這個球體的半徑小于史瓦西半徑時,這個物體就會變成一個黑洞,地球的史瓦西半徑是9毫米,我們可以想象一下,地球壓縮成一個半徑9毫米的球體有多麼困難,宇宙中的黑洞基本都是死亡恒星中形成的,大質量恒星的內核,恒星演化末期最后會向坍塌,才會正常的形成黑洞, 除此之外宇宙演化的早期,超高的物質密度會演化出黑洞,這樣的黑洞被稱為「原初黑洞」。

在很長一段時間內,都沒有直接證據可以證明黑洞的存在,但是關于黑洞的數學模型已經發展到十分成熟的地步,也就是說人類在地球上,用數學預言了一種存在于宇宙中的天體,并且這種真實存在,對于宇宙的演化有巨大的影響。

為什麼我們看不到「奇點」?

黑洞是什麼樣子的?我們可以想象,黑洞的事件視界就是彎曲到極致的深空,最讓人好奇的是黑洞內部的奇點,如果沒有事件視界存在的話,我們就可以直接看到奇點,這會幫助我們更好的探索黑洞的演化。這樣的奇點被叫做「裸奇點」。

諾獎得主羅杰·彭羅斯提出過這樣一個理論:「宇宙監察假設」,他認為宇宙中每誕生一個奇點,就會誕生出一個「事件視界」,這是因為大自然禁止人類這樣的文明直接觀察奇點,這個記錄甚至成為了黑洞理論的基石。為什麼宇宙禁止人類觀察奇點呢?可以直接觀察奇點,是一件讓科學家十分興奮的事情,但是這可能并不是一件好事,因為在奇點附近,人類的物理定律會失效,這可能會向周圍的空間釋放不確定性信息,導致宇宙的因果性被破壞,造成很嚴重的后果。

所以有一位「監察者」存在,保證每誕生出一個奇點,就會有一個事件視界包裹著它,把奇點附近的時空和正常的時空分隔開,保護時空的一體性,不過這個監察者并不是真實存在的,而是某種物理定律,我們暫時還不知道這個物理定律具體的內容,也有可能是某個我們已經知道的定律,但是暫時還不知道這個定律和黑洞之間的關聯。所以宇宙「禁止」裸奇點的存在,因為裸奇點會影響時空的正常演化,我們看不到黑洞內部,是宇宙在「保護」我們。

觀察奇點,可能并不是一件好事,在未來人類或許可以找到其他的方法去研究黑洞的內部。

搶先看最新趣聞請贊下面專頁
用戶評論
你可能會喜歡