黑洞吞噬一切靠近的物体,这些物体最终都到哪里去了?
黑洞,相信大家都听说过,是宇宙中最诡异的天体,具有极强的引力,能吞噬一切靠近的物体。
不过黑洞并不像它的名字那样,并不是“黑色的洞”,它仍旧是一个天体,只不过黑洞本身不发光也不反光,所以人们不能直接观测到黑洞的存在,给人的感觉就是“漆黑一片”。
我们通常所说的黑洞指的是恒星类黑洞,顾名思义,是大质量恒星死亡之后无限向内坍缩形成的天体。
严格来讲,黑洞是没有大小的,黑洞其实就是体积无限小的奇点。我们通常所说的黑洞大小指的是黑洞事件视界的大小,是以黑洞奇点为圆心,奇点到事件视界为半径,也就是所谓的“史瓦西半径”为半径组成的球体。
通过长期观测,天文学家们终于在2019年拍摄到了黑洞首张照片,从而也证实了爱因斯坦广义相对论对黑洞的预测。
黑洞的事件视界,也是时空的分界线,任何物体一旦越过事件视界,就会有去无回,彻底被黑洞吞噬。可以这么通俗理解,黑洞的逃逸速度超过光速,以光速飞行恰好可以不被黑洞吞噬,但也逃不出黑洞的引力,正好沿着事件视界边缘围绕黑洞运行。而任何物体的速度无法达到光速,所以一旦有物体越过事件视界,就会被黑洞吞噬。
那么,被黑洞吞噬的物体到底哪里去了呢?坠入黑洞中心的奇点,成为黑洞的一部分?但是黑洞本身也会通过霍金辐射慢慢蒸发,最终蒸发完毕彻底消失。
什么是霍金辐射呢?
根据量子力学,真空中会随机衍生出正反虚粒子对,然后瞬间湮灭消失,整个过程时间非常短,所以并不违反大自然法则,量子涨落可以一直上演。
黑洞周围通常也是真空状态,所以会随机衍生出正反虚粒子对,大部分虚粒子对都会随机衍生然后瞬间消失。不过在某个偶然情况下,正反虚粒子对中的其中一个越过黑洞的事件视界,被黑洞吞噬,另外一个虚粒子找不到自己的同伴,就逃逸到太空中了。
而这个过程就是“霍金辐射”,黑洞正是通过霍金辐射不断蒸发能量的,因为逃逸到太空的虚粒子其实也是能量。
霍金辐射的过程非常慢,最大的黑洞通过霍金辐射蒸发完毕需要10的1000次方年,无法想象的漫长。但不管多漫长,时间会改变一切,黑洞终究会蒸发完毕,彻底消失。
黑洞消失,问题就来了:被黑洞吞噬的物体哪里去了?按照经典力学诠释,物体可以消失,但信息永存,信息绝不会无缘无故消失。比如说一张纸,点燃之后变为灰烬,看起来纸张消失了,但纸张的信息仍旧存在。理论上只要能把纸张燃烧产生的气体,辐射的能量,水分,还有留下的灰烬全部收集起来,按照一定方式进行组合,就能复原这张纸,虽然实际上不可能做到,但理论上是可行的。
但黑洞的消失确实暗示了连信息本身也消失了,这种矛盾也被称为“黑洞信息悖论”。对于如何解决黑洞信息悖论科学家们提出了几种观点。
第一,在黑洞蒸发之后,信息确实被破坏了,但并没有消失,只是转化为了黑洞蒸发之后的某些新的规律,只是目前人类还不知道这种新的规律到底是什么。
第二,被黑洞吞噬的物体信息没有消失,而是转化为了能量,信息以能量的方式呈现出来。实际上,这种观点代表的是量子物理,强调的是任何物体的存在形式都可以相互转换,永远不会消失。
第三,有些科学家提出了更激进的解决方法,认为被黑洞吞噬的物体没有消失,也没有成为黑洞的一部分,而是进入了另一个世界,另一个宇宙。
这种观点强调的核心在于,黑洞是通向平行宇宙的通道,甚至提出黑洞与虫洞白洞是有机的整体,被黑洞吞噬的物体经过虫洞之后,到达白洞,最终到达另一个宇宙,完全不为我们所知的宇宙。
当然,平行宇宙的概念更多的还是体现在科幻层面,严格来讲并不属于科学范畴,也很难通过实验加以验证。
在面对黑洞的时候,科学家们都会很尴尬,因为人们已知的物理定律在黑洞面前全部失效。量子力学和相对论是现代物理学大厦的两大基石,但无论是量子力学还是相对论对于黑洞都无能为力。
这也是为什么黑洞会显得如此诡异,因为我们无法诠释它的本质。但换一种思维方式,无法诠释黑洞也并非都是坏事,因为这意味着黑洞本身一定暗藏着更高级的物理定律,而这也是科学家们努力探索的方向!
很多科学家坚信,黑洞甚至暗藏着宇宙的本质,这也是为什么科学家们对黑洞如此执着的主要原因!
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