掉入黑洞会怎样？被拉成面条或者前往另一个宇宙？这篇文章告诉你

确实是个孩子谥

现在，你要跳入一个黑洞。如果你能想办法活下来，等待着你的是什么呢？

如果你想要回头，最终你会去到哪里，又会经历怎样动人心弦的故事呢？

黑洞通往何处？

理查德·马西曾经给出了一个简单的答案：“没人知道。”

注：理查德·马西教授为杜伦大学计算宇宙学研究所皇家学会的研究员

作为杜伦大学计算宇宙学研究所皇家学会的研究员，马西深知宇宙充满了未解之谜。

而且他还有一个观点：落入黑洞边界其实就是跨入了未知世界，一旦掉进去，没人能够发条讯息回来。

在爱因斯坦的广义相对论根据时空和引力的关联预言出黑洞之后，人们知道黑洞源自大质量恒星死亡后遗留的小而致密的核心。

如果这个核心的质量超过太阳的3倍，在巨大的引力作用下它会发生坍缩，直至所有物质汇聚到一个点（也就是奇点），而这个奇点就是黑洞密度无限大的核心。

由此产生的黑洞有着巨大的引力，甚至连光都无法逃离它。

德国天文学家卡尔·史瓦西提出了“事件视界”的概念：一旦光线或物质越过事件视界，就永远无法逃脱了。

根据马西的解释，接近黑洞时，你的身体会因潮汐力作用被剧烈拉伸（也被称为“意大利面化”），最终到达奇点。

至于你会出现在另外什么地方——比如黑洞另一面——的想法，看起来都只是天方夜谭。

如果是虫洞呢？

多年来，科学家一直在探索，黑洞是否有可能成为通向其他星系的虫洞。有人甚至猜测，虫洞可以通向另一个宇宙。

这种想法的产生已经有些时日了。早在1935年，爱因斯坦就与内森·罗森合作提出相关理论，认为宇宙中可能存在连接两个不同时空的隧道。

但直到20世纪80年代，这种理论才流行起来。当时，天体物理学家基普·索恩推动了一场讨论，主题就是物体是否能穿越虫洞。

但如果你看了基普·索恩关于虫洞的书籍，就会发现虫洞似乎并不存在。

索恩曾是好莱坞电影《星际穿越》的科学顾问，他在自己的著作《星际穿越中的科学》一书中写道：“我们没能在任何天体衰老的过程观察到虫洞的存在。”

索恩表示，穿越这些理论隧道的时空旅行很可能只存在于科幻小说中，根本没有可靠证据能表明黑洞允许这样的穿越。

然而问题是，我们没办法接近并亲自观察它们。我们甚至无法拍摄黑洞内部的任何照片——既然光线无法逃脱黑洞的巨大引力，那么相机根本无法捕捉其中的影像。

目前的理论表明，任何越过事件视界的物体都会成为黑洞的一部分。更重要的是，由于事件视界附近的时间也弯曲了，这一过程会变得极其缓慢，因此我们没办法很快得到答案。

“我认为标准的故事答案是黑洞会通向时间的终结，” 哈佛大学天文学教授道格拉斯·芬克拜纳（Douglas Finkbeiner）说，“一个遥远的观察者无法看到自己的宇航员朋友是如何落入黑洞的。

由于引力的红移效应，我们观察到的接近事件视界的一切都会不断变红、变暗淡。但这位朋友最终会落入黑洞，去到一个超越‘永远’的地方，无论那意味着什么。”

那如果黑洞能够通往星系的另一端或者另一个宇宙，那么出口需要有与黑洞相反的东西。那会是白洞吗？

俄罗斯宇宙学家伊戈尔·诺维科夫在1964年提出了白洞理论，他认为一个黑洞连接着一个存在于过去的白洞。与黑洞相反，光和物质能够离开白洞，但是无法进入。

科学家一直都在探索黑洞与白洞之间的潜在联系。

2014年，物理学家卡洛·罗维利和哈尔·M·哈加德在一项发表于《物理学评论D》上的研究中阐述道：“有一个经典度量可满足有限时空区域之外的爱因斯坦方程，在那里物质坍缩成黑洞，然后又从白洞中出现。”

换句话说，黑洞吞下的所有物质都可能被抛出，而黑洞死亡后有可能变成白洞。

黑洞的坍缩并不会破坏其中的信息，相反它会经历一次量子反弹，允许所有的信息逃逸。如果事实如此，这就能在一种程度上解释斯蒂芬·史蒂芬霍金曾经提出的理论。

20世纪70年代，史蒂芬霍金探讨了由于量子涨落而导致黑洞释放粒子和辐射的可能性。

芬克拜纳说：“史蒂芬霍金认为黑洞的寿命是有限的。”1976年，史蒂芬霍金在《物理学评论D》上发表了相关论文。

图：史蒂芬霍金

根据他的计算，黑洞会因为辐射而损失能量、收缩并最终消失。因为史蒂芬霍金提出黑洞发射的辐射是随机的，并且不包含任何落入其中的信息，黑洞的爆发将抹去大量信息。

这意味着史蒂芬霍金的想法与量子理论相矛盾，因为量子理论认为信息是守恒的。如果信息会丢失，那信息搜索就更加艰难，过去和未来也无从知晓。

史蒂芬霍金的想法导致了“黑洞信息悖论”的出现，这个悖论长期困扰着科学家。

有人说史蒂芬霍金根本是错的，而史蒂芬霍金本人甚至也在2004年都柏林的学术会议上宣称他犯了错，并推翻了自己原来的想法。

所以，我们是否又回到了之前所说的概念，即黑洞吸收的信息都会通过白洞抛出？或许事实正是如此。

在2013年发表于《物理学评论快报》的一篇论文中，美国路易斯安那州立大学的若热·普林和乌拉圭共和国大学的鲁道夫·甘宾基于圈量子引力理论对黑洞进行了研究。

他们发现越接近中心引力越大，但穿过中心后引力变弱，任何落入黑洞的事物都会在宇宙的另一端被抛出。这项研究支持了黑洞只是个入口的假说。

在这项研究中，奇点不存在，所以落入黑洞的事物不会因为撞上奇点而毁灭。这也意味着，信息不会消失。

也许黑洞不通往任何地方

物理学家艾哈迈德·阿尔姆海里、唐纳德·马洛夫、约瑟夫·波钦斯基和詹姆斯·苏利仍然相信，基于史蒂芬霍金的理论可以有进一步的发现。

这4位科学家提出了AMPS火墙（或称黑洞火墙）理论，根据他们的计算，量子力学可以将事件视界变成一堵巨大的火墙，任何接触到它的东西都会立刻燃烧殆尽。

从这个意义上讲，黑洞不通往任何地方，因为甚至没有东西可以进入黑洞。

然而，这一理论与爱因斯坦的广义相对论相悖。根据相对论中的等价原理，穿过事件视界的物体（或人）不会受到极端引力的影响，可以轻松落入黑洞。

火墙理论可能遵循了目前宇宙中黑洞以外区域的物理学定律，但即便不违背相对论，它也破坏了量子场论，并暗示信息是可以丢失的。

让我们的话题再次转向史蒂芬霍金。在2014年发表的研究中，史蒂芬霍金回避了“事件视界”这一说法，而是提出引力坍缩会产生“表观视界”，这意味着没有任何东西会因视界而燃烧。

表观视界会阻止光线离开黑洞中心，并持续“一段时间”。在史蒂芬霍金的新理论中，表观视界只是暂时困住物质和能量，但最终，表观视界会消失，并释放物质、能量。

这一解释支持了认为信息不会消失的量子理论，如果能得到证明，这就意味着任何事物都可以从黑洞中逃脱。

史蒂芬霍金甚至更进一步，认为黑洞或许并不存在。

他写道：“黑洞的中心不存在奇点，黑洞应该被重新定义为引力场的亚稳定束缚态。”由于引力作用，表观视界内的物质会逐渐向内移动，但永远不会坍缩到中心。

然而，任何被释放出来的信息都不再是它们被吞噬前的样子。

我们无法通过被释放的信息还原它们进入时的状态，这也会引起问题——尤其是当人们发现自己正置身于这样一个令人惊慌的处境之中。他们再也没法跟以前一样了！

可以肯定的是，这个奇妙的谜团还会困扰科学家很久。罗维利和弗朗西丝卡·维多托最近提出，暗物质的成份之一可能是黑洞蒸发后的残留物。

2018年，史蒂芬霍金的一篇关于黑洞和“软毛”的论文被发布。“软毛”是黑洞事件视界上的光子，它们会储存落入黑洞的物质的信息。

但由于事件视界的存在，这些信息从外部看来好像全部消失了。

这与物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒提出的无毛定理截然不同。

无毛定理的基础是观察者无法区分两个不同的黑洞，因为黑洞的性质仅由质量、角动量和电荷这3个物理量确定，而其他信息（毛发）全部消失了。

这个理论目前已经引起了科学家的讨论，但是距离解答“黑洞通往何处”的问题，还有很长的路要走。


原文地址：今日头条