關於黑洞不能不說的秘密
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[導讀]近日,關於黑洞似乎又有了一些新的進展。對於這些黑洞為何會在宇宙歷史中的這麼早的時期就形成,科學家們難以給出一個合理的解釋。
關於黑洞不能不說的秘密
文·本報記者 何 亮
■將新聞進行到底
近日，關於黑洞似乎又有了一些新的進展。據英國《每日郵報》報道，天文學家最新觀測顯示，鄰近星系中的兩個黑洞以超越「埃丁頓極限」的速度吞噬伴星。在這個過程中，天文學家發現龐大的黑洞以四分之一光速的速度將物質排擠至周圍空間，像打飽嗝一樣釋放出去。
自從現代廣義相對論誕生以來，黑洞便被科學家深深痴迷，從愛因斯坦到霍金，天體物理學家一直試圖揭開它的神秘外紗，即使已經有多種探測設備被應用於黑洞的探測，但人類對於這個未曾謀面的天體仍有許多未解之處。
秘密一：黑洞里有什麼？
黑洞的產生過程類似於中子星的產生過程：恆星的核心在自身重量的作用下迅速地收縮，發生強力爆炸。當核心中所有的物質都變成中子時收縮過程立即停止，被壓縮成一個密實的星球。但在黑洞情況下，由於恆星核心的質量大到使收縮過程無休止地進行下去，中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末，剩下來的是一個密度高到難以想像的物質。由於高密度而產生的力量，使得任何靠近黑洞邊界的物體都會被它吸進去，就連光都無法逃離。黑洞邊界充滿了能量，邊界的量子效應產生了熾熱粒子流，並向周圍的宇宙空間輻射開來，這就是所謂的「霍金輻射」，這是以著名物理學家史蒂芬·霍金名字命名的。在足夠長的時間內，黑洞將輻射消耗完自身的全部質量，並隨之消失。
「簡單來說，黑洞就是引力引起的坍縮。」青年科幻作家、全球華語科幻星雲獎得主江波向記者解釋道：「我們的物質是由電磁力支撐的，引力大到一定程度，連電磁力都抵抗不住了，物質就坍縮，極端的情況就是黑洞。」
由於人們無法直接觀察到黑洞，物理學家只能對它內部結構提出各種猜想。天體物理學家認為，黑洞中並不是空空如也，而是充滿了大量的物質，不管物質的來源如何，它都會被推擠到一個密度無限大的點上。這個點便叫做「奇點」。事實上，奇點的體積無限小、密度卻無限大。奇點周圍有一塊黑暗區域，也就是黑洞的尺寸，是由它所產生的引力大小來衡量的。離黑洞很遠的時候，光可以像往常那樣自由穿梭，照亮它途經的天空。而靠近黑洞後，引力變得越來越大，最終，即使跑的像光那樣快也無法逃離黑洞的引力。這就是為什麼奇點四周有一塊黑暗區域的原因。那個由於引力巨大以至光線也無法逃脫的邊界，我們叫它「視界」。天體物理學家表示：「要知道黑洞裡面是什麼，我們需要有什麼東西從視界里出來，並讓我們用望遠鏡看到。對天文學家來說，要找到這樣一個東西，最簡單的就是光，不過黑洞連光都逃不出，因而我們無法獲得任何信息。」
秘密二：掉進黑洞會怎樣？
黑洞自身所帶有的許多神秘色彩令人猜測，如果人掉入黑洞，究竟是會被立即撕成碎片，還是會安然無恙毫髮無損？
沒人知道答案。不過，江波認為，也許掉入黑洞並不一定意味著死亡，你的命運或許會變得比你想像中的更加神奇、怪異，因為在一個場景里你已化為灰燼，而在另一個場景里，你還好好地活著。
為什麼能出現這樣的情況，是理論物理學發展到現在的一個無法解釋的悖論。江波假設了一個例子，你有一個名字叫小萍的同伴。當你在掉入黑洞時，她正處於安全的範圍，而且親眼目睹你掉入黑洞的恐怖的一幕。
當你向黑洞的邊界不斷加速掉落時，因為引力的梯度變化太大，小萍會看到你首先被潮汐力拉長成一根義大利面，然後變成一團虛無。此外，當你距離黑洞邊界點越近，你前進的速度看起來就會變得越來越慢，在小萍眼中，你就像凝固住了一樣，靜止在那裡，沒有任何動作，身體沿著邊界不斷拉伸，並被熾熱的火焰所吞噬。
然而，換成你自身的角度來回顧整個過程，上述神奇的事情並沒有發生。當你向黑洞不斷加速前進時，你沒有任何碰撞或不安的感覺，當然沒有拉伸、變慢的變化和可怕的烈火炙烤。那是因為你正處於自由落體運動過程中，你沒有感受到任何重力。
從小萍的角度來看，因為量子物理學的核心宗旨是信息永遠不能丟失。任何一點點能夠描述你存在
的信息必須要留在黑洞邊界之外，否則物理學定律將會失效。而從置身黑洞之中的你來說，沒有遇到熾熱粒子流或任何非正常事物也是事實。否則，你將違背了愛因斯坦論證的廣義相對論。
因此，物理學定律讓我們得到一個似乎非常荒謬的結論。物理學家將這種矛盾的結論稱為「黑洞信息悖論」，即人掉入黑洞必須同時具備兩種狀態，即黑洞外的一堆灰燼和黑洞內的活生生的人。
幸運的是，美國物理學家李奧納特·蘇士侃於1990年找到了解決這一悖論的方法。他認為，這一悖論並不存在，因為沒有任何人看到過自己的克隆版本。小萍只看到了那個化為灰燼的你，你也只看到了存活的自己，你和小萍永遠無法將這兩個「你」進行對比，也沒有第三者同時看到黑洞內外的你。因此，沒有任何物理學定律會被打破。除非你要求必須弄清楚哪個故事是真實的，你究竟是活著還是死的。
江波表示，黑洞告訴我們一個重要的秘密，那就是沒有所謂的「真實」。「真實」取決於你在問誰，既有小萍認為的「真實」，也有你認為的「真實」。
秘密三：黑洞能通往另一個世界嗎？
黑洞能夠扭曲空間，從而使原本相距很遠的兩點之間的距離大大縮短。就像如果你在紙上畫一條線，線就會跟著紙張的形狀走，當你彎折這張紙時，線的長度是保持不變的。但如果你把這張紙戳通，線的兩端之間的距離就會縮小很多。
在科幻小說中，黑洞往往被描寫成通往另一個世界的大門，它可以將人們帶到宇宙中遙遠的角落，或帶人前往一個全新的宇宙。1994年，史蒂芬·巴克斯特所著科幻小說《環》中有過這樣描寫，因為空間中的任何物體都有旋轉的傾向，如果奇點的旋轉速度夠快的話，它就不是一個點，而會形成一個環狀，環狀奇點就成為通往其他宇宙的大門。因此，黑洞可能就是蟲洞，是一個連接不同時空的大門。
芝加哥洛約拉大學的物理學副教授羅伯特·麥克尼斯說，環狀奇點是通往新世界的大門這一概念要想下定論還為時過早。因為，沒人知道環狀奇點是如何出現的。而且，只要當人們試圖解決黑洞——蟲洞中的數學運算時，就總會遇到難以使這道「大門」保持穩定的問題。「和現實中的建築相比，它們實在太不穩定了」。
另一個問題是，如果黑洞真的是通往其他宇宙的門戶的話，我們應當能觀察到從黑洞中憑空出現的物體，但目前還沒有人觀察到過這一現象。畢竟，就算只是意外事件，也總會有東西從其他宇宙中穿過來的。
江波所贊同的看法是，哪怕宇宙有起點，宇宙之外仍舊有物理現實，只是我們局限於自己的時空屬性不可探究。所以，對於科學而言，黑洞是否能帶我們通往另一個世界超越了驗證的東西，只能當作假設來看待。
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