黑洞能带我们前往另一个世界吗?这并不是好主意(图)

Daphane

來源: 新浪科技


随着黑洞吸收的东西越来越多，事件边界的半径也会变得越来越大。图为黑洞正在从一颗伴星中吸取气体。

图为一个名叫Cygnus X-1的黑洞正在吞噬一颗蓝色的恒星。   
   
　　新浪科技讯 北京时间4月14日消息，在科幻小说中，黑洞就像是通往另一个世界的大门，将你带到宇宙中遥远的角落，或带你前往一个全新的宇宙。但现实也许比这要复杂得多。如果你不是科幻小说中的角色，掉进黑洞可不是什么好主意。   
   
　　不过，掉进黑洞的人也许也有一线转圜之机，要么回到自己原本的世界中去，要么前往一个全新的世界。这是因为黑洞能够扭曲空间，从而使原本相距很远的两点之间的距离大大缩短。   
   
　　人们常用一张纸来打比方。如果你在纸上画一条线，线就会跟着纸张的形状走，当你弯折这张纸时，线的长度是保持不变的。但如果你把这张纸戳通，线的两端之间的距离就会缩小很多。要想理解这一点，你需要先明白爱因斯坦的相对论是如何运用到引力上的。   
   
　　逃脱黑洞的魔爪   
   
　　你需要明白，黑洞中并不是空空如也，而是充满了大量的物质，它们全被塞进了一个极小的空间里，这个空间便叫做“奇点”。事实上，奇点的体积无限小、密度却无限大。(科学家对此有一些争议，但都差不到哪儿去)。   
   
　　某样物质越是靠近黑洞，逃脱速度(即需要逃脱黑洞引力所需的速度)也就越大。当距离近到某个程度，逃脱速度便会比光速还大，即每秒钟299792公里。而与此相比，地球表面的逃脱速度仅为每小时40270公里。   
   
　　既然没有东西的速度能超过光速，这也就意味着没有东西能逃脱黑洞的魔爪。但这里有一个漏洞：黑洞并不会像吸尘器或浴缸出水口一样，把周围的所有东西都吸进来。只有在黑洞的事件边界之内，它才有着如此大的力量，将这个范围内的所有东西尽数吸进去。随着黑洞吸收的东西越来越多，事件边界的半径也会变得越来越大。也许我们可以把黑洞想象成一个球，东西能穿过它的表面、进入黑洞内部，但反过来就不行。   
   
　　黑洞里面究竟有些什么东西？这是天文物理学最大的谜团之一。要知道，大多数科学家都把黑洞看做一个奇点。不管物质的来源如何，它都会被推挤到一个密度无限大的点上。如果你掉到了黑洞里，通常的描述是：你首先会被潮汐力拉长成一根意大利面，然后变成一团虚无。组成你的物质则将进一步增大黑洞的事件边界半径。   
   
　　最终，你会以霍金辐射的形式被释放出来。物理学家史蒂芬-霍金的计算显示，黑洞会向外发射光子。黑洞的质量也会在这一过程中逐渐减小，因为根据爱因斯坦著名的E=mc2公式，能量和质量是等价的。黑洞逐渐都会蒸发掉，但你得等上很久很久，才能等到那一天的到来。   
   
　　一个和太阳质量相仿的黑洞(从宇宙的标准来看，这是一个很小的黑洞了)，需要1087年才能完全蒸发，爆发出大量的伽马射线。而宇宙的年龄仅有140亿年，即1.4*109年。黑洞究竟要多久才能完全蒸发，科学界对此一直争论不休，因为霍金辐射中无法保留任何掉入黑洞的物质的原始信息。但有一点是可以确定的：以辐射的方式从黑洞中释放出来也不是什么好事。   
   
　　黑洞会变成虫洞吗？   
   
　　不过，要想从黑洞中逃出来，也许还有一种更好的方法：引力会使空间发生弯曲。(想象一位相扑手在垫子上打滚，用自己的体重在垫子上压出一个坑)。任何物体都会在自身附近产生一个“重力井”，越靠近物体中心，这个井就越深。例如，行星也有重力井，随着你靠近行星的中心，重力井的曲线便会趋于平缓。按照上述“垫子”的比喻，任何正常的物体都有一个深度有限的重力井，就像垫子上的一个坑。   
   
　　但黑洞可不是什么“正常的物体”，这对于掉进去的人来说或许反而是一件好事。黑洞内部空间的曲率会越来越大，等你到达奇点时，曲率就变成了无限大。黑洞不像一个坑，而是一个洞，你越靠近中心，洞的四壁就变得越陡峭，最后接近于垂直，因此黑洞内部的空间形状就像是一个被无限拉长的洞。   
   
　　黑洞的神秘之处也正在这里。科学家们用爱因斯坦的相对论来描述空间的扭曲，但爱因斯坦的理论在奇点处却行不通。奇点的体积非常之小，按理来说应该能出现量子力学效应。但人们却无法将量子力学理论与引力结合在一起、好弄清奇点究竟是什么模样。   
   
　　更奇怪的是，黑洞并不是静态的。空间中的任何物体都有旋转的倾向。这就意味着，如果奇点的旋转速度够快的话，它就不是一个点，而会形成一个环状。环状奇点可能就是通往其它宇宙的大门(史蒂芬-巴克斯特(Stephen Baxter)1994年所著科幻小说《环》(Ring)中有过相关描写)。因此，黑洞可能就是虫洞，是一个连接不同时空的大门。   
   
　　这个想法十分具有启发性。因为如果奇点是点状的话，不管你采取怎样的前进方式，奇点永远代表着你的未来；但环状奇点则不同，由于环状奇点能够弯曲和扭曲时空，你化作虚无的地方并不一定是你的未来。   
   
　　不过，环状奇点是通往新世界的大门这一概念要想下定论还为时过早。首先，没人知道环状奇点是如何出现的。其次，只要当人们试图解决黑洞-虫洞中的数学运算时，就总会遇到难以使这道”大门“保持稳定的问题。“和现实中的建筑相比，它们实在太不稳定了。”芝加哥洛约拉大学的物理学副教授罗伯特-麦克尼斯(Robert McNees)说道。此前由其他理论学家开展的研究工作显示，利用“奇异物质(即质量为负的物质)”似乎是制造虫洞的唯一方法，但具体原理目前还不清楚。   
   
　　这也带来了一个根本性的问题：虽然大多数科学家认为黑洞可以变成虫洞，但“如果没有量子引力理论，这样的问题很难得到确切的答案。”麦克尼斯说道。   
   
　　另一个问题是，如果黑洞真的是通往其它宇宙的门户的话，我们应当能观察到从黑洞中凭空出现的物体，但目前还没有人观察到过这一现象。毕竟，就算只是意外事件，也总会有东西从其它宇宙中穿过来的。有一些理论甚至提出，黑洞会在其它宇宙中引发“宇宙大爆炸”，但这一观点目前还备受争议。   
   
　　此外，黑洞也许是通往其它世界的门户，这难免让人们想到时间旅行。因为根据相对论，“现在”这个概念是无法在宇宙的每一处都适用的。从宇宙中的A处到B处的“瞬间转移”也会牵涉到时间旅行，你到达的时间点可能会先于离开的时间点。霍金指出，既然目前还没人遇到过时间旅行者，说明时间旅行在我们的宇宙中不太可能发生，也就是说，黑洞能够产生虫洞的这一说法可能并不成立。