你是否在某些網絡平台上刷到過疑似「穿越者」的圖片,在還沒有電話的年代里有女子拿著諾基亞正在打電話,或者是有的人在某國街頭吃著幾百年后才有的食物,甚至是唐山的某校長有「預謀」的修建防震教學樓……
每當這樣的新聞或是圖片出現在大眾的視野中,關于「 穿越者」,「 時空穿梭」的討論就會再一次掀起熱潮。
如果問及什麼才是古往今來,能讓世界各地都保持好奇的物質,那 黑洞一定可以榜上有名。
因為無論是各國的科幻電影中,又或是動漫、小說中,甚至是那些名揚千古的物理學家們,都曾假設過 一旦摸清黑洞的「使用規則」,那麼時空不再是只能單向運動,人類也不再被時空所束縛。
神秘的黑洞提及黑洞其實大家都有所耳聞,但是實際上除去這個名字外,我們知道的其他信息可以說少之又少。
放眼世界各國,能夠登月的國家就已經一只手可以數清,更別提難度更上幾個台階的黑洞探索。除去各種聽起來玄之又玄的理論猜測外,我們人類對于黑洞的認知直到最近幾年才進入到 入門階段。
北京時間2019年4月10日21時,人類首張黑洞照片才得以問世。這個黑洞位于室女座一個巨橢圓星系M87的中心,距離地球5500萬光年,品質約為太陽的65億倍。從圖片上看來,這個黑洞的核心區域存在一個陰影,周圍環繞一個新月狀光環。
是什麼黑洞? 其實愛因斯坦在廣義相對論中就有所提及。
黑洞作為相對論中一個存在于宇宙空間中的天體,由中心的一個密度無限大、時空曲率無限高、體積無限小,熱量無限大的奇點和周圍一部分空空如也的天區組成,而奇點部分正是那深不見底的黑色區域,至于那片黑色中有什麼,至今都沒有人能準確的回答出來。
那你是否大膽的猜測過這種物質為什麼會被命名為黑洞?
如果你曾注意過大海中的漩渦,那你一定能理解黑洞這個名字從何而來。顧名思義,黑洞就如同宇宙中一個個深不見底的漩渦,把周圍靠近的一切物質卷入其中,吞噬不見。
黑洞之所以「黑」,是因為他的周圍不會允許任何天體甚至是光的存在。
為何以「洞」命名則是考慮到黑洞那強大到驚人的引力,用一句話來說就是「萬物皆可吸」。你或許在其他介紹黑洞的頁面會看見這樣一句話——「黑洞是時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體」。
黑洞的強大吸引力使得視界內的逃逸速度大于光速。簡單來說在整個宇宙范圍內,只要是靠近黑洞的物質,包括光以及任何形式的能量波,都會因為黑洞巨大的引力而無所遁形,就算是光,也無法逃掉黑洞的引力。
這樣強大的吸引力其實與 黑洞的誕生脫不了干系。
黑洞的產生過程與 中子星的產生過程十分類似,在某一個恒星衰老時,核心的能量已經不能夠再支撐起它沉重的外殼,于是在自身重力的作用下迅速地收縮,塌陷,然后發生強力爆炸。
但雖然類似,黑洞的產生與這個過程也有所不同。因為恒星的巨變在核心中所有的物質都變成中子時,收縮過程就會立即停止。
而在黑洞產生的情景中,由于恒星核心的品質大到使收縮過程可以 無休止地進行下去,核心的坍塌讓物質無法抵擋的向著中心點運動,于是時間與空間的持續壓縮就在這個范圍內形成了 時空扭曲,使得任何靠近它的物體都會被它吸進去。
正是黑洞這「萬物皆可吸」的特質,讓人類看到了時光穿梭的希望。 但并不是所有的黑洞都可以作為穿梭的假設對象。
理論上什麼黑洞有可能時光穿梭?在探討是否能夠真的通過黑洞進行時空穿梭之前,我們首先要對黑洞的種類有所了解。
實際上宇宙中的黑洞,根據其物理特性等不同可以被分為五類,甚至還包括與黑洞相對的 白洞。
所謂白洞是指廣義相對論中所預言的與黑洞 性質剛好相反的天體。作為一個只發射、而不吸收的特殊宇宙天體,白洞是宇宙中的 噴射源,可以 向外部區域提供物質和能量,但不能吸收外部區域的任何物質和輻射。
宇宙中存在一種不旋轉也不帶電的黑洞被命名為「 史瓦西黑洞」,也就是我們平時所認識的最為普通的黑洞,也可以稱之為「 靜止的黑洞」。
一般來說任何進入到「史瓦西黑洞」的物質都將無限靠近其奇點,但卻沒有「出口」,進入到其中的物質基本上就不再可能「重見天日」。所以人類在這種類型的黑洞上,并沒有看到任何可以支撐進行時間旅行的可能。
還有一種旋轉但不帶電的黑洞,被稱為「 克爾黑洞」,這種黑洞還有另外一個我們較為熟悉的名字叫「 蟲洞」。
蟲洞又被稱為「 時空洞」,又或者是「 蛀孔」,是指宇宙中可能存在的連接兩個時空的狹窄隧道,因為這一概念是愛因斯坦與羅森在研究引力場方程中提出的假設,所以有被稱為「愛因斯坦-羅森橋」。
其實蟲洞在嚴格意義上并不能算做黑洞的一種,因為它主要是位于宇宙中一個彎曲的視界中,往往連接黑洞與白洞之間。
所謂時空穿梭其實還有一種說法,是 從黑洞中通過這個時光橋來到白洞中,再通過白洞被輻射出去。
那你是否在好奇,為何蟲洞會作為一個時空橋梁而存在呢?
在爆炸以前的初期宇宙中,蟲洞連接著很多的宇宙,很巧妙地將宇宙項的大小調整為零(宇宙項也被稱為「真空的能量」)。由一個宇宙可能產生另一個宇宙,而且在宇宙中也有可能有無數個這種微細的洞穴,它們可通往一個宇宙的過去及未來,或其他的宇宙。
但就算位于蟲洞中,也并不是隨時都可以擁有時光穿梭的機會,也需要玄幻小說中所說的那種「天門大開」之時,才有可能實現時光穿梭。
作為一個隨時處在高速旋轉中的黑洞,「克爾黑洞」中同時具有兩種方向相反的力:向內的引力以及向外的離心力。而當引力與離心力恰好處于某一個 平衡點時,在這種黑洞的內部就會出現一個相對平衡的「 奇異環」。
高速且相反的兩種力就會對黑洞內外的時空產生一種干擾甚至是撕裂的作用。于是伴隨著「奇異環」的出現,同時還會出現一個「 時空裂痕」,就類似于原本相互隔絕的兩個時空中間撕開了一條口子,理論上穿過這個裂痕就能實現從一個時空去到另外一個時空的愿望。
但是這種穿梭目前僅停留在理論階段,具體能夠有多少可行度還有待研究。
時光穿梭到底可行與否?科學家們對于是否可以——以黑洞為橋梁進行時空穿梭的判斷其實明顯的分為了兩派,但不論是堅持那一個觀點,都說的十分言之有理。
包括愛因斯坦,霍金等在內的一部分科學家們通過理論的推導認為:
理論上時空穿梭是合理的,并表示時空穿梭在不久后會實現,且所使用的時間將遠遠小于使用常規出行方式的所需時間。
前段時間紐約城市學院的物理學家加來道雄博士在接受紐約時報時表示:
「黑洞的中心可能是一個環,而不僅僅是一個點。如果你掉進一個小點,你會被壓碎。但如果是掉進黑洞漏斗狀的環或蟲洞那就像穿過‘愛麗絲的鏡子’一樣會到達另一個世界。」
另外一部分則堅持時光穿梭永遠不可能實現,并從不同的方面舉例說明這件事的不可行:
觀點A:當人類進入到黑洞中將首先面臨著失去方向,作為一種生活在三維空間中的生物,失去方向就意味著永遠困在其中。
觀點B:如果黑洞足夠大,進入到黑洞中就會開始覺察到拉著腳的重力比拉著頭的重力更為強大,這種吸引力拖著他無情地向下落,重力差會迅速加大而將其豎向撕裂,最終他的遺體會被分解而落入黑洞那無限致密核心。
觀點C:就算真的能夠找準時機進入到蟲洞中,蟲洞保持平衡點的時間極短,可能剛駕駛著時空飛船進入其中,突然崩塌的蟲洞可能會讓所有的瞬間撕碎。
觀點D:即使蟲洞存在并且是穩定的,穿過它們也是十分不愉快的。貫穿蟲洞的輻射(來自附近的恒星,宇宙的微波背景等等)將藍移到非常高的頻率。當你試著穿越蟲洞時,你將被這些X射線和伽瑪射線烤焦。
……
力圖證明時光穿梭不可行的科學家們甚至還提出了兩個十分有意思的悖論——祖父悖論與命定悖論。
「 祖父悖論」是指假設時光穿梭可行,一個人成功回到過去,然后在自己父親還未出生前殺死祖父母,那這樣就意味著不會再出現這個人的父親,于是就不會有這個人的存在,也就不會有人通過時空穿梭回到過去,去殺死祖父母。那如果祖父母沒有被殺死,那這個世界上就依舊會存在這個人,也就意味著這個人依舊會通過時光穿梭回去殺死自己的祖父母。
而與祖父悖論正好相反的「 命定悖論」則是從「命中注定」的角度出發。證明了歷史結論無法更改的結論。
如果這個通過時空穿梭回到過去,并成功殺死了自己的祖父母,那麼這個人就隨即在宇宙中就不會存在。也就意味著這個人就親自把自己及父母從宇宙中抹去。
其實無論是祖父悖論還是命定悖論都在證明一個觀點, 無論時空穿梭真實與否,都無法改變已經發生的歷史,或者是只能改變平行宇宙中的過去而無法動搖原本生活的時空。
好家伙!這種說法直接把想要穿越過去彌補遺憾或者是提前告訴自己彩票中獎號碼的人群希望掐滅了。
不過就算站在可能或是不可能的蹺蹺板兩端的科學家如何說的「有鼻子有眼」,黑洞旅行的勇氣并不是所有人都有的。
畢竟在我們的視角中,一旦有勇士進入其中,基本上就等于「 有去無回了」。
如果進入到「純吸入型」黑洞中,瞬間從宇宙中消失;如果十分幸運進入到「時空隧道」中,有可能獲得「隨機流浪卡」一張,具體穿梭到什麼地方或許只有這個人自己才知道了。而能夠穿「過去」又穿「回來」的可能性基本上趨近于零。
這樣的探險,你敢試一試嗎?
人類對于黑洞的探索依舊是「路漫漫其修遠兮」,誰也無法預測未來是否能實現黑洞旅行,還是那句話,信便是真的,不信便是假的,信不信在于你,其他的就交給時間吧。
參考文獻:
1 愛因斯坦《廣義相對論》2 愛因斯坦與羅森的時空洞理論3 祖父悖論與命定悖論4 紐約時報對城市學院物理學家加來道雄博士的采訪