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如果你相信科幻小说的创作,黑洞可以作为通向其他世界的通道,或者是宇宙的遥远部分,或者是其他宇宙。但现实可能比这更复杂。在科幻界之外,掉进黑洞是个坏主意。
即便如此,那些进入黑洞的人至少也有可能逃脱,要么回到自己的世界,要么回到某个异国的地方。这是因为黑洞实际上弯曲了空间本身,因此可以使通常相距较远的点离得更近。
一个经常使用的类比是一张纸的弯曲。如果你在纸上画一条线,它会跟着纸的形状,而线条的长度不会改变。但是如果你看一下这张纸,这条线的端点就更接近了。要理解这一点,就需要深入研究爱因斯坦的相对论。[5我们可能生活在多元宇宙中的原因]
逃离黑洞的控制
重要的是要明白,黑洞不是空洞的,而是一个巨大的物质被推到一个极小的区域,叫做奇点的地方。事实上,奇点是无穷小和稠密的。(在这一点上,科学家们之间确实存在着一些争论,但在一分钟内还会有更多的争论。)
当一个人靠近黑洞时,逃逸速度——逃离黑洞引力所需的速度——会上升。在某一时刻,逃逸速度大于光速,即186,282英里/秒(299,792公里/秒)。相比之下,地球的逃逸速度约为25,000英里/小时(40,270公里/小时)。
因为没有什么东西能比光跑得快,那就意味着没有什么东西能逃过黑洞。但有一个漏洞:黑洞不像真空吸尘器或浴缸排水管那样吸收周围的一切。它的能量只延伸到黑洞的视界,它的半径是黑洞中心的距离,没有任何东西可以离开。随着越来越多的物质落入稠密的野兽中,这个半径就会变大。也许最好是把一个后洞当作一个球,它的表面允许物质通过内部,但绝不是另一种方式。
这表面的东西是天体物理学最大的奥秘之一。记住,大多数科学家认为黑洞是一个奇点。从最初供给黑洞质量的物质(例如恒星),所有物质都被挤压成一个密度无穷大的点。如果你掉进一个黑洞,通常的描述是这样的,你首先会被潮汐力拉伸到意大利面,然后被挤压成虚无。你的物质会增加黑洞视界的半径。
最终你会被释放出史蒂芬霍金辐射。物理学家史蒂芬·史蒂芬霍金的计算表明,黑洞产生光子。在这一过程中,黑洞失去质量,因为根据爱因斯坦著名的E = mc ^ 2方程,能量和质量是等价的。黑洞最终会蒸发,但你会等待很长时间。[8种你可以在现实生活中看到爱因斯坦的相对论的方法]
与太阳质量的黑洞——宇宙的标准的一个小的10 ^ 87年蒸发,变成一个伽马射线爆发。宇宙大约有140亿岁,或1.4 x 10 ^ 9年。科学界对于黑洞消失的时间有一些争论,因为史蒂芬霍金辐射并没有保存任何关于黑洞的信息。但事实仍然是,辐射的辐射仍然不好。
虫洞是什么?
黑洞可能有更好的出路:重力使空间弯曲。(想想一个相扑选手在垫子上打滚,用他的体重压着垫子。)任何物体都会产生一个局部的“重力井”。那口井更深入到物体的中心。例如,行星的引力很好,但当你向行星的中心方向运动时,它就会变平。使用mat类比,任何正常的物体都会有一个形状像一个有有限深度的大萧条的形状。
黑洞不像正常的对象…也许幸运的被困的人。空间的曲率一直不断上升直到到达黑洞中心的奇异点,那里的曲率是无穷大的。而不是大萧条,你只有一个洞,当你向中心靠近时,它的两侧会变得更陡,直到它们基本上垂直,空间就像一个无限伸展的酒窝。
这就是为什么它是个谜。科学家们用爱因斯坦的相对论来描述空间的弯曲,但是爱因斯坦的方程开始在黑洞的奇异性中分解。这些奇点也非常小,在这一点上,你应该会看到量子力学效应。然而,没有人找到一种方法来让量子力学理论与引力一起工作,来计算出奇点的样子。
当你意识到黑洞不是静止的时,它会变得更奇怪。实际上,空间中的任何物体都趋向于旋转。这意味着奇点可以,如果它旋转得足够快,变成一个环,而不是一个点。一个环形的奇点可以为其他宇宙提供一个通道(就像在1994年的科幻小说《魔戒》中,由哈珀柯林斯出版的史蒂芬·巴克斯特所著)。所以黑洞可以是一个虫洞,一个穿越空间的通道。
这个想法很有趣,因为当你有一个点奇点时,无论你如何旅行,如果你在视界之内,奇点总是在你的未来。但一个环奇异点会有不同的表现;把你压垮的那部分不一定永远都在你的未来,因为奇异的环奇异会弯曲和扭曲空间和时间。
然而,环奇点作为一个网关的概念还远远不能确定。首先,没有人知道环形奇点是如何产生的。另一个问题是,每当人们试图计算出一个黑洞制造的虫洞的数学时,他们就会遇到让网关保持稳定的问题。芝加哥洛约拉大学(Loyola University Chicago)的物理学副教授罗伯特·麦克尼斯(Robert McNees)说:“在任何现实的建设中,他们仍然被认为在任何我们认为有规律的事情上都非常不稳定。”其他理论学家之前的研究似乎表明,制造虫洞的唯一可能方法是使用所谓的“外来物质”,即质量为负的物质。但目前还不清楚这意味着什么。
这就引出了一个基本的问题:尽管大多数科学家说黑洞可以是虫洞,但“没有量子引力理论,这些问题很难回答。”
另一个问题是,没有人观察到,如果黑洞是通向其他宇宙的通道,就不会有任何地方出现。毕竟,即使发生意外,也会有一些事情发生。一套理论甚至提出黑洞可以开始其他的宇宙,导致其他的“大爆炸”——我们自己的宇宙是一个——但是这个想法仍然是有争议的。
最后,黑洞的一个暗示是时空旅行。因为相对论,宇宙中没有“现在”这样的东西。从A点到B点的“瞬时”旅行也需要时空旅行,你可能会在你离开之前到达某个地方。物理学家史蒂芬·史蒂芬霍金指出,既然现在没有人看到时空旅行者(至少有报道),那么时空旅行在我们的宇宙中似乎是不可能的;这就意味着黑洞不如虫孔发生器有用。
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