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科學家提出,宇宙「禁止」人類觀察奇點,是為了保護人類的理論

PubDate:2021-01-20

在宇宙中30倍太陽質量的恒星,在超新星爆發後會形成「黑洞」,而這樣大質量的恒星通常壽命較短,因此現在的宇宙中存在大量的黑洞,許多星系中心的引力源就是黑洞,並且霍金的研究指出,宇宙在暴漲階段因為超高的物質密度,可能創造出一些體積較小的「原初黑洞」。

黑洞是宇宙中最神奇的天體,也是宇宙中最黑暗的角落,2020年的諾貝爾物理學獎項得主彭羅斯提出了一個理論,宇宙禁止人類看到任何一個黑洞中的「奇點」,這個理論得到了眾多科學家的認可,為什麼宇宙要禁止人類看到奇點呢?

質量越大的恒星壽命越短,大質量的恒星在形成後,會釋放大量能量,凜冽的恒星不斷帶走質量,當內核不再穩定後,這個恒星的內核就會坍塌向內縮小,形成一個「奇點」。並不是只有恒星坍塌才會形成奇點,任何一個天體在被壓縮後,小於它的「史瓦西半徑」後就會形成一個奇點。

如果想要把地球壓縮成一個黑洞,需要在質量不發生變化的情況下,把地球壓縮成一個9毫米的小球,就會變成一個奇點,產生黑洞,當然,這麼小的黑洞無法存在太久,就會蒸發掉,黑洞誕生的本質是超高密度的物質產生的奇點,並不是只能從死亡的恒星中誕生。

「宇宙監察假設」

1969年,物理學家羅傑·彭羅斯提出,宇宙中只要誕生一個奇點,就會隨之誕生出一個「事件視界」,也就是說,人類無法觀察任何一個奇點,因為事件視界會阻隔人類對事件視界內部的觀察。

這個理論被稱為「宇宙監察假設」,黑洞之所以是黑的,因為任何光線都無法從黑洞的視界范圍內逃脫,所以人類無法觀察黑洞內部的景象,宇宙禁止人類觀察奇點,這個看似無厘頭的理論已經成為了大多數黑洞理論的基礎。

為什麼宇宙禁止人類觀察黑洞中的「奇點」?廣義相對論中指出,宇宙時空並不均勻,不同位置的「時空曲率」不同,物質密度越高的地方,時空的曲率就越高,而奇點,質量無限大,密度無限高,所以奇點附近的時空曲率是全宇宙最高的地方。

引力的本質就是時空曲率,地球上的時空曲率幾乎可以忽略,在宇宙中只有中子星和黑洞這樣的天體附近,時空曲率才會周圍的空間產生影響,甚至於人類的物理定律在這些區域都不再適用。

不論是相對論,還是量子力學,只要到了奇點的「事件視界」內,就會失效,因為人類的物理理論建立在平坦的時空內,對於時空曲率高到光線都無法逃脫的奇點附近,人類的物理理論就無法成立,也無法對物質的運動作出準確的描述。

奇點內有著無窮的能量和物質密度,相對論中也指出,時空曲率越高的地方,時間的流速也會越慢。「空間」和「時間」在奇點面前都失去了原本的意義,因此人類的物理理論無法描述奇點內的事情,在奇點面前,人類的任何理論都會失去「描述未來」的能力。

通過物理定律和數學計算,人類可以做到「預知未來」,其實就是預估一個物體未來可能的運動軌跡,但是在奇點附近,因為超高的時空曲率,人類的物理定律會失效,這就造成了一個尷尬的事情,如果人類的物理定律在奇點面前失效,我們又應該怎麼去描述它呢?

「宇宙監察假設」給出了一種解釋,那就是宇宙禁止人類觀察奇點,因為每個奇點都會有相應的「事件視界」出現,事件視界就是一個時空之間的「界限」,把我們和奇點分隔開,事件視界內發生的事情,不會對外部產生影響,因為光線無法逃出,資訊無法傳遞,所以奇點不會對外部的物理規律產生影響。

「事件視界」就像是一個「保護罩」,保護黑洞內部的現象不會對外部造成衝擊,

同時人類的物理理論也不會受到干擾。

「宇宙監察假設」中提出的理論如果被證實,那麼從某種程度上來說,宇宙禁止人類觀察「奇點」,是在保護人類,讓我們的物理理論可以完整的運行下去,同時也在暗示人類,我們的物理理論還並不完整,在奇點附近,隱藏著更深層次的物理定律。

當然,並不是所有人都認同彭羅斯的觀點,一些科學家認為,宇宙中可能存在沒有事件視界保護的奇點,這樣的奇點被稱為「裸奇點」,在傳統理論中,奇點的誕生必然伴隨著一個「事件視界」,但是一些理論模型指出,有的奇點附近可能不存在事件視界,光線可以從奇點中穿過,人類可以直接觀察到奇點附近的時空扭曲。

如果「裸奇點」確實存在,那麼人類的物理定律可能就能迎來統一,並且人類也可以直接觀察恒星是如何坍塌成為奇點的,這無疑會在天文和物理領域帶來重大的突破,但是真的存在「裸奇點」的話,那麼裸奇點周圍超高的時空曲率造成的現象就會對宇宙中的其他區域造成衝擊。

年輕的彭羅斯教授

科學家在宇宙深處發現了很多無法解釋的高能現象,可能就是裸奇點造成的。但是裸奇點的存在會導致人類的物理理論陷入危機,必須針對奇點周圍超高的時空曲率建立新的理論,而彭羅斯的「宇宙監察假設」就等於給現代物理學加上了一個保護罩,不需要去思考黑洞內發生的事情,因為這些事情會永遠留在黑洞中,誰也無法知道奇點附近發生了什麼。

物理學還是個孩子

不論「宇宙監察假設」和「裸奇點」哪個正確,都證明人類的物理學不夠完善,就像是一個孩子,還有很大的發展空間,或許真的和彭羅斯的觀點一樣,宇宙禁止人類觀察奇點,我們永遠無法知道黑洞中隱藏著什麼秘密,也有可能宇宙中存在一些「裸奇點」等待人類探索。

在奇點附近,隱藏著更深層次的物理定律。

當然,並不是所有人都認同彭羅斯的觀點,一些科學家認為,宇宙中可能存在沒有事件視界保護的奇點,這樣的奇點被稱為「裸奇點」,在傳統理論中,奇點的誕生必然伴隨著一個「事件視界」,但是一些理論模型指出,有的奇點附近可能不存在事件視界,光線可以從奇點中穿過,人類可以直接觀察到奇點附近的時空扭曲。

如果「裸奇點」確實存在,那麼人類的物理定律可能就能迎來統一,並且人類也可以直接觀察恒星是如何坍塌成為奇點的,這無疑會在天文和物理領域帶來重大的突破,但是真的存在「裸奇點」的話,那麼裸奇點周圍超高的時空曲率造成的現象就會對宇宙中的其他區域造成衝擊。

年輕的彭羅斯教授

科學家在宇宙深處發現了很多無法解釋的高能現象,可能就是裸奇點造成的。但是裸奇點的存在會導致人類的物理理論陷入危機,必須針對奇點周圍超高的時空曲率建立新的理論,而彭羅斯的「宇宙監察假設」就等於給現代物理學加上了一個保護罩,不需要去思考黑洞內發生的事情,因為這些事情會永遠留在黑洞中,誰也無法知道奇點附近發生了什麼。

物理學還是個孩子

不論「宇宙監察假設」和「裸奇點」哪個正確,都證明人類的物理學不夠完善,就像是一個孩子,還有很大的發展空間,或許真的和彭羅斯的觀點一樣,宇宙禁止人類觀察奇點,我們永遠無法知道黑洞中隱藏著什麼秘密,也有可能宇宙中存在一些「裸奇點」等待人類探索。