黑洞裡邊竟然會存在星體?
黑洞是愛因斯坦的廣義相對論所預言的一種時空區域,這裡引力足夠強,任何掉進黑洞的物質,包括光,都無法從中逃逸出去。科學家發現,當一個比較大的恆星燃燒掉自己所有的燃料後,內部就沒有足夠的能量去抵抗自身的引力,這時恆星就會在自身引力作用下坍縮為一個黑洞。既然沒有任何力去阻止其繼續坍縮,那麼黑洞中心最終會形成一個具有無限大密度的奇點。所有的物理定律在奇點處都會失效,因為我們的理論是無法處理無窮大的問題的,所以我們也無從知曉這裡隱藏了什麼秘密。之所以對其研究,是因為我們對黑洞的了解還太少。科學家通過電磁波、引力波對黑洞間接研究,對黑洞有些一些新的認識。比如黑洞並非只進不出,有物質雲被拋出。而現在,來自法國和荷蘭的兩名科學家終於找到了一個極為簡單的解決方案。這倆人認為,每一個黑洞內部都會形成一個很小的星體。不過他們考慮這個問題首先是從對整個宇宙的研究來著手的。
如果整個宇宙最終會停止膨脹,然後開始坍縮,並最終擠壓到一起,到時會發生什麼?他們認為,此時量子引力所產生的某些效應,會阻止宇宙坍縮成密度無窮大的一點。當物質的尺度接近到物理世界中最小的尺度,即普朗克尺度時,宇宙就會無法坍縮下去了,反而會被反彈開來。但是要注意的是,反彈發生時並不是整個宇宙的尺度變成普朗克尺度才發生,而是當物質的能量密度達到1個普朗克密度時才會發生。1個普朗克密度相當於1023個太陽擠壓到一個原子核時的能量密度。他們計算出,宇宙在發生反彈時自身的空間尺度,比普朗克尺度大了75個數量級(1075倍)。
這兩名科學家認為,黑洞里坍縮的過程也適用於他們的理論。黑洞中心並不會形成一個奇點,當坍縮物質的能量密度達到1個普朗克密度時,量子引力的相關效應也會阻止物質繼續坍縮下去。而這時黑洞內部就會形成一個很小的星體,他們把這個星體稱為「普朗剋星」。不過,普朗剋星其實非常非常小,普通的恆星所形成的普朗剋星的直徑大約為10-10厘米,不過仍比普朗克長度大了30個數量級(1030倍)。
普朗剋星當然不是穩定的。如同宇宙最終會被反彈開來一樣,普朗剋星最終也會發生爆炸。那麼它的壽命究竟有多長呢?這兩名科學家發現普朗剋星的壽命極其短暫,存在的時間相當於一束光越過它所花的時間。這麼短命,但不要緊,因為對於處在外面的觀測者來說,普朗剋星的壽命還是很長的。這是由於從相對論效應來說,引力越強的地方時間流逝得越慢。對於處在外面的觀測者來說,普朗剋星的壽命跟它所在的黑洞壽命差不多是一樣的
這兩名科學家指出,由於每個黑洞都會慢慢蒸發,自己會變得越來越小,那麼黑洞的邊界會最終遇到普朗剋星的邊界。那麼此時,普朗剋星內的物質就可以越過邊界逃離黑洞了。這時普朗剋星就會發生爆炸,不僅物質會逃離黑洞,物質所攜帶的信息也都會釋放出去。
所以所謂的「信息悖論」也就不存在了。信息掉進黑洞並沒有消失,只不過被困在很小的空間中,但最終都會釋放到宇宙中。這兩名科學家發現,當普朗剋星最終釋放信息時,產生的輻射波長大約為10-14厘米。也就是說,產生的是伽馬射線。聽著很熟悉嗎?哦,難道是伽馬射線暴?
的確,經過多年觀測,科學家早就發現宇宙中充滿了神秘的伽馬射線暴。這兩名科學家指出,神秘的伽馬射線暴很有可能就是普朗剋星爆炸產生的。所以說,今後有必要對現有的觀測數據進行再次分析,以及對伽馬射線暴進行更深入的觀測。
那麼,將來科學家能證實嗎?
這還沒完,黑洞還有一個更大的問題。許多科學家相信所有的黑洞都會向外輻射,它們會慢慢蒸發,最終消失得一乾二淨,這就會產生問題:掉進黑洞的物質所攜帶的信息會有怎樣的結局?難道會隨著黑洞蒸發也消失得一乾二淨?但如果消失了,這就違反了量子力學的一個要求,即信息不能被毀滅。這個問題稱為「信息悖論」,是困擾物理學界的最棘手問題之一。
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