白洞实际是逆向的黑洞,一个新的引力理论必须起作用

2020-05-08 作者:创新人物   |   浏览(181)

图片 1

黑洞的中心可能没有奇点。相反,一种新的理论表明,它们所吸收的物质可能会在将来的某个时候在整个宇宙中被吐出来。

图片 2

黑洞,一个吞噬一切、让物质有进无回的巨兽,已经为众人所熟知。那么在宇宙中,与黑洞性质完全相反、物质只能流出而无法进入的天体是否存在?一些天文学家认为,这样的白洞不仅存在,它们还是黑洞的未来黑洞中的时空将在某个时刻反弹,转变为白洞。如果这个假说能得到证实,这不仅是人类首次直接观测到量子引力作用,还可能为宇宙终极问题找出答案。

图片 3

黑洞是宇宙中最神秘的地方之一。它们是空间和时间结构严重畸变的地方,甚至光也无法从中逃逸。根据爱因斯坦的广义相对论,它们的中心是许多恒星的质量被压缩成完全零的体积的奇点。然而,最近,科学家们声称可能没有奇点。在黑洞的中心。相反,他们吸入的物质可能在未来的某个时候被吐到宇宙中!黑洞可能不会永远存在。我们可能完全误解了它们的本质以及它们如何看待中心。如果这个理论是正确的,它将颠覆我们对黑洞的理解!

永远不要迷信教科书,即使那些书是伟大科学家写的。1972年,诺贝尔物理学家奖得主史蒂文温伯格(Steven Weinberg)在其著作《引力与宇宙学》(Gravitation and Cosmology)中称,黑洞的存在具有很强的假想性。他写道,宇宙中任何已知物体的引力场中都不存在(黑洞)。然而,他完全错了。几十年前,射电天文学家就探测到了物质坠入黑洞时发出的信号,却没有意识到这一点。目前,我们有很多证据表明宇宙中充满了黑洞。

黑洞是宇宙中最神秘的地方之一,在这些地方,时空的结构扭曲得非常严重,甚至连光都逃不出来。根据爱因斯坦的广义相对论,在它们的中心是一个奇点,恒星大小的物体在黑洞中,都会被压成一个体积大小完全为零的点。然而,最近的两篇物理学论文,或许将改变这种理解。

长期以来,天文学家和物理学家一直认为,奇点的概念一定是错误的。如果一个质量物体没有大小,它就有无限的密度。而且,尽管研究人员不断推出无穷大这个词,自然界中并没有无穷大这个词。相反,当你在真实的物理科学环境中遇到无穷大时,会发生什么真正的意思是你把你的数学从应用的领域里推出来。你需要新的数学。

现在,这个故事或许在白洞中重演。白洞实际是逆向的黑洞,性质与黑洞完全相反。在另一本著名的教科书中,相对论巨匠鲍勃沃尔德(Bob Wald)写道,没有理由相信宇宙的任何区域与某个白洞相对应这仍是目前的主流观点。但世界各地的几个研究小组,包括我在法国马赛的团队,最近已经开始研究量子力学助力白洞形成的可能性。仰望星空,宇宙中可能也遍布着白洞。

天文学家和物理学家长期以来一直认为,奇点的想法一定是错误的。如果有质量的物体没有大小,那么它就有无限的密度。还有,“无穷大”这种无限在自然界中是不存在的。相反,当你在一个真实的、物理的、科学的情境中遇到无穷大时,它真正意味着你已经把你的数学理论推到了它们所能应用的领域之外。

例如,牛顿万有引力定律指出,万有引力的强度随着两个物体之间的距离的平方而变化。所以,如果你把一个球从地球上拿开,它就有一定的重量。然后,当你把它带到地球附近时,它的重量就会增加。把这个方程推到极点,当你把物体带到岬附近。在地球上,它会经历无穷大的力,但事实并非如此。

时空反弹

图片 4

相反,牛顿简单的重力定律不再适用于当你移动物体接近地球表面时。你必须考虑地球质量的实际分布,这意味着你需要使用不同的,更复杂的方程来预测不同的行为。同样,尽管爱因斯坦的广义相对论p在黑洞的中心预测无限密集的奇异点是不可能的。在非常小的尺寸里,一个新的引力理论必须起作用。对于这个新理论,我们有一个通用的术语:量子引力。量子引力简单地指名字上最小的重力尺度,但是它并不真正指特定的理论。在微观世界中,人们提出了描述引力的理论建议,其中之一被称为环量子引力。

之所以怀疑白洞可能存在,是因为它能揭示一个未解之谜:黑洞中心发生了什么。我们观测到大量物质盘旋在黑洞边缘,之后坠入黑洞。所有这些坠入的物质穿过黑洞的表面(我们称之为事件视界,标志着无法返回的临界点),垂直落向黑洞中心。之后发生了什么呢?我们对此一无所知。

在非常小的尺寸,一个新的引力理论正在被科学家所接受,叫做量子引力。它用来描述微观世界中的重力,也被称为环形量子引力。

环量子引力具有明确的数学定义。它把时空结构表示为自旋网络的格子,自旋网络是随时间演进的。自旋网络只是描述粒子如何与场相互作用的数学公式。从更实际的观点来看,环形量子重力预测时空被量子化,具有最小的可能单位或空间和时间块,并且是超过最小单位或时间块时空不能进一步细分。

现代物理学描述引力的最佳理论爱因斯坦的广义相对论预言,黑洞中下落的物质最终会集中在一个密度趋近于无限的中心点上,我们称之为奇点。这对应着现实的终结。在这一点上,时间自身将会停止,一切都消失在虚无之中。但这个预测并不可靠,因为爱因斯坦这一理论的适用范围并不包括黑洞的中心。在这里,引力变得异常强大,量子效应不可被忽视。要理解究竟发生了什么,我们需要引入量子引力理论。

循环量子引力预测时空是量子化的,有一个最小的空间和时间单位,超过这个单位,时空就不能再细分了。

环形量子引力是一个困难的数学理论,它反对黑洞内部的可验证的预测。然而,科学家们把环形量子引力应用到黑洞的中心,并最终声称结果不是奇点。他们的计算预言时空在黑洞的中心附近非常强烈地弯曲。黑洞。因此,未来时空将继续进入具有白洞结构的区域。白洞就像一个反向黑洞,这意味着黑洞不同于黑洞,黑洞吸进物质,白洞发射出物质。

量子理论常用来解决这类问题。在20世纪初,经典物理理论预言绕原子核运动的电子的能量会呈螺旋式无尽下降。然而,现实世界里并没有出现这种情况。量子理论解释了原因:能量的离散性阻止了这一过程。电子的能量只能以特定的量变化,并且它有一个有限的最低能级。

宾夕法尼亚州立大学科学家将量子引力应用于黑洞的中心,他们声称计算出的结果不是奇点。

也许还有另一种方式可以想象他们的预测。众所周知,在强引力场中,时间会减慢。黑洞包含宇宙中最强的引力场。这就是为什么对这项新工作的一种可能的解释是,物质掉进黑洞,然后反弹,使质量反弹回宇宙。因为靠近黑洞中心的时间非常慢,这个过程需要很多时间。如果研究人员是正确的,在遥远的未来,在黑洞存在的今天,物质将爆发,将物质传播到整个宇宙。

同理,量子效应也可以阻止在黑洞中心处的无限大密度,这是由时空本身的离散性所决定的。这种离散性被量子引力理论所预测,比如我研究的圈量子引力理论(loop quantum gravity,LQG)。在该理论中,不存在密度趋近于无穷大的无限小点。空间由独立的单元(量子)组成,这些单位虽然小但是尺寸有限。坠入黑洞的物质可以被挤压成超致密状态,称为普朗克星。但之后呢?之后,它们会像普通物质下落结束时那样:反弹。

图片 5

当然,科学家们也观察到了太空中尚未完全解释的高能现象。一个是存在影响地球大气的非常高能宇宙射线。另一个是所谓的快速无线电脉冲,其中在很短的时间内观测到大量的无线电能量。至少在原则上,这两种现象都是存在的。a可能是黑洞向白洞转变的标志。

但它无法在黑洞中反弹:黑洞内的物质只能向下运动,这就是神奇所在:量子引力让整个黑洞中的几何时空反弹。也就是说,物质继续穿过黑洞的中心点进入一个全新、独立的时空区域。在那里,不仅是物质,整个时空都在反弹这就是我们所说的白洞。

他们的计算预测时空在黑洞中心附近有很强的弯曲。其结果是,时空在未来将继续进入一个具有白洞结构的区域。白洞就像反向的黑洞,这意味着与黑洞不同的是,黑洞会将物质吸引进来,而白洞则会将物质射出。

当然。科学家们说现在接受这个有趣的新想法还为时过早。相反,要审慎地看待使用循环量子重力进行的计算是如何展开的。如果预测得到改善并开始看起来更像一些无法解释的天文现象,这个新的结果不仅可以解释量子重力是如何工作的,而且可以解释我们如何理解它。经得起宇宙的过去和未来。

也许还有另一种方式来想象他们所预测的理论。众所周知,在强引力场中,时间会慢下来。黑洞包含宇宙中最强的引力场。正因为如此,物质落入黑洞,然后“反弹”,将质量射回宇宙。因为时间在黑洞中心附近是如此缓慢,这个过程需花费大量的时间。如果研究人员的预测是正确的,那在遥远的将来,在现在有黑洞的地方,物质将会喷发出来。

图片 6

下面是这种理论的有几种可能性。科学家们在太空中观察到了尚未完全解释的极高能量现象。一是存在着撞击地球大气层的高能宇宙射线。另一个就是所谓的快速无线电爆发,即在很短的时间内观测到大量的射电能量,这两种现象至少在原则上都是黑洞向白黑洞过渡的标志。

现在接受这个新奇的想法当然为时过早。相反,谨慎的做法是,看看使用循环量子引力正在进行的计算是如何展开的。如果预言得到改进,看起来更像一些无法解释的观测天文现象,那么这个新的结果可能既解释了量子引力的工作原理,也改变了我们对宇宙过去和未来的理解。

本文由ds足球即时比分发布于创新人物,转载请注明出处:白洞实际是逆向的黑洞,一个新的引力理论必须起作用

关键词: