北京時(shí)間 9 月 25 日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，如果能夠穿越黑洞，你會(huì)去往哪里?會(huì)有什么等待著你?如果你能安然無(wú)恙地回來(lái)，又能講述什么有趣的故事呢?

　　所有這些問題都可以用一句簡(jiǎn)單的話來(lái)回答，那就是“誰(shuí)知道呢?”在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，黑洞的奧秘依然深不可測(cè)。落入事件視界之后，實(shí)際上就是越過(guò)了一層屏障。一旦有人掉下去，就再也不能把信息傳回來(lái)了，他們會(huì)被巨大的引力撕成碎片。所以理論上，任何穿過(guò)事件視界的人不會(huì)去往任何地方。

　　這聽起來(lái)似乎是一個(gè)令人失望和痛苦的答案，但其實(shí)也在意料之中。愛因斯坦的廣義相對(duì)論將時(shí)空與引力作用聯(lián)系起來(lái)，預(yù)言了黑洞的存在，后來(lái)的研究表明，黑洞是由質(zhì)量足夠大的恒星死亡所產(chǎn)生的。恒星死亡之后，會(huì)留下一個(gè)小而致密的殘余核心，假設(shè)這個(gè)核心的質(zhì)量約為太陽(yáng)的三倍以上，那么引力就會(huì)使其坍縮，成為一個(gè)點(diǎn)，稱為“奇點(diǎn)”(又稱引力奇點(diǎn)或時(shí)空奇點(diǎn))，這是一個(gè)體積無(wú)限小、密度無(wú)限大、引力無(wú)限大、時(shí)空曲率無(wú)限大的點(diǎn)，被認(rèn)為是黑洞的中心。

　　由此產(chǎn)生的黑洞具有極其強(qiáng)大的引力，甚至連光線都無(wú)法逃脫。因此，如果你發(fā)現(xiàn)自己處于事件視界時(shí)，你就注定無(wú)處可逃。德國(guó)天文學(xué)家卡爾·史瓦西(Karl Schwarzschild)計(jì)算得出，如果某天體的全部質(zhì)量壓縮到很小的“引力半徑”之內(nèi)，那么其所有物質(zhì)、能量(包括光線)都將被引力囚禁在內(nèi)。從外界看，這一天體就是絕對(duì)黑暗的存在，也就是黑洞。事件視界就是黑洞周圍的時(shí)空曲隔界線，光和物質(zhì)只能向內(nèi)通過(guò)事件視界。根據(jù)梅西的說(shuō)法，潮汐力會(huì)把你的身體縮成原子鏈的形式(也被稱為“意大利面化”)，并最終會(huì)在奇點(diǎn)處被壓碎。你或許會(huì)想在黑洞的另一端逃出來(lái)，但這似乎完全是幻想。

　　那么，蟲洞呢?

　　蟲洞的想象圖。如果蟲洞存在，它們可能會(huì)通向另一個(gè)宇宙。但是，沒有證據(jù)表明蟲洞真實(shí)存在，也沒有證據(jù)表明黑洞也會(huì)像蟲洞一樣

　　多年來(lái)，科學(xué)家一直在研究黑洞成為蟲洞的可能性，是否能通往其他星系。正如一些人所說(shuō)，黑洞甚至可能是通往另一個(gè)宇宙的路徑。

　　這樣的想法已經(jīng)流傳了一段時(shí)間。1935 年，愛因斯坦與內(nèi)森·羅森(Nathan Rosen)合作建立了連接時(shí)空中兩個(gè)不同點(diǎn)的蟲洞(又稱愛因斯坦-羅森橋)假說(shuō)。但在 20 世紀(jì) 80 年代，物理學(xué)家基普·索恩(Kip Thorne)發(fā)起了一個(gè)討論，試圖了解一個(gè)物體能否以物理方式穿過(guò)蟲洞。這一討論為蟲洞理論開辟了一些新的領(lǐng)域。索恩是研究愛因斯坦廣義相對(duì)論天體物理學(xué)含義的世界頂尖專家之一。

　　梅西說(shuō)：“當(dāng)我還是個(gè)孩子的時(shí)候，最先讓我對(duì)物理學(xué)產(chǎn)生了興趣的，就是基普·索恩那本關(guān)于蟲洞的暢銷書。”然而，蟲洞似乎并不存在。

　　事實(shí)上，索恩在他的《星際穿越》(The Science of Interstellar)一書中寫道，“我們的宇宙中沒有任何物體會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而變成蟲洞。”索恩向好萊塢電影《星際穿越》(Interstellar)的制作團(tuán)隊(duì)提供了專業(yè)建議。索恩表示，穿越蟲洞這樣的理論性通道，很可能仍是科幻情節(jié)，而且沒有確鑿的證據(jù)表明，黑洞會(huì)允許這樣的通道存在。

　　但是，問題在于我們無(wú)法近距離親眼看到黑洞。我們甚至不能拍攝黑洞內(nèi)發(fā)生的任何事情，因?yàn)楣獠荒芴与x黑洞的巨大引力，照相機(jī)就什么也拍不到。根據(jù)目前的理論，任何穿過(guò)事件視界的東西都會(huì)被簡(jiǎn)單地添加到黑洞中。而且，由于時(shí)間在接近這一邊界的地方會(huì)發(fā)生扭曲，這一過(guò)程似乎將極其緩慢地發(fā)生，因此我們不會(huì)很快獲得結(jié)論。

　　“我認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)的說(shuō)法是，它們導(dǎo)致了時(shí)間的終結(jié)，”哈佛大學(xué)天文學(xué)和物理學(xué)教授道格拉斯·芬克貝納(Douglas Finkbeiner)說(shuō)，“遠(yuǎn)處的觀察者不會(huì)看到他們的宇航員朋友掉進(jìn)黑洞。當(dāng)他們接近事件視界時(shí)，只會(huì)變得更紅、更暗(由于引力紅移)。但實(shí)際上，他的朋友已經(jīng)掉進(jìn)了黑洞，到了一個(gè)超越‘永遠(yuǎn)’的地方。無(wú)論這個(gè)‘永遠(yuǎn)’是什么意思。”

　　也許黑洞會(huì)通向白洞

　　黑洞潮汐撕裂恒星事件的想象圖。當(dāng)一顆恒星太接近超大質(zhì)量黑洞時(shí)，就會(huì)發(fā)生潮汐撕裂事件

　　當(dāng)然，如果黑洞確實(shí)指向星系或宇宙的另一部分，那么在另一邊，可能就存在性質(zhì)與之相反的東西。這可能是一個(gè)白洞嗎?這是 1964 年俄羅斯宇宙學(xué)家伊戈?duì)?middot;諾維科夫(Igor Novikov)在 1964 年提出的概念。諾維科夫提出，黑洞與存在于過(guò)去的白洞相連。與黑洞不同，物質(zhì)和光線無(wú)法進(jìn)入白洞，但可以從這一時(shí)空區(qū)域離開。

　　科學(xué)家一直在探索黑洞和白洞之間的潛在聯(lián)系。2014 年，物理學(xué)家卡洛·羅維里(Carlo Rovelli)和哈爾·哈格德(Hal M。 Haggard)在《物理評(píng)論D》(Physical Review D)雜志上發(fā)表論文稱，“在有限的時(shí)空區(qū)域之外，存在一個(gè)滿足愛因斯坦方程的經(jīng)典度規(guī)。而在這個(gè)有限的時(shí)空區(qū)域內(nèi)，物質(zhì)坍縮成黑洞，然后出現(xiàn)在一個(gè)白洞中。”換句話說(shuō)，所有被黑洞吞噬的物質(zhì)都有可能被噴出，當(dāng)黑洞死亡時(shí)，它們可能就變成了白洞。

　　黑洞非但不會(huì)破壞它所吸收的信息，反而可能會(huì)停止坍縮。黑洞可能會(huì)經(jīng)歷量子反彈，讓信息逃逸。如果是這樣的話，前劍橋大學(xué)宇宙學(xué)家、理論物理學(xué)家斯蒂芬·霍金的一個(gè)觀點(diǎn)或許就能找到一些線索。在上世紀(jì) 70 年代，霍金探索了黑洞因量子漲落而釋放粒子和輻射(熱能)的可能性。

　　芬克貝納指出，霍金認(rèn)為黑洞不會(huì)永遠(yuǎn)存在。在 1976 年發(fā)表于《物理評(píng)論D》的論文中，霍金計(jì)算出，輻射會(huì)導(dǎo)致黑洞失去能量，進(jìn)而縮小并消失。另一方面，他聲稱輻射出來(lái)的粒子將是隨機(jī)的，不包含黑洞內(nèi)部的信息，導(dǎo)致其中的信息將永遠(yuǎn)消失。

　　這意味著，霍金的觀點(diǎn)與量子理論相悖。量子理論認(rèn)為，信息不能被摧毀。物理學(xué)認(rèn)為，信息正變得越來(lái)越難以找到，因?yàn)橐坏﹣G失，就不可能知道過(guò)去或未來(lái)。霍金的想法導(dǎo)致了“黑洞信息佯謬”(black hole information paradox)，長(zhǎng)期以來(lái)一直困擾著科學(xué)家。有些人認(rèn)為霍金完全錯(cuò)了，而霍金本人甚至在 2004 年都柏林的一次科學(xué)會(huì)議上宣稱，他犯了一個(gè)錯(cuò)誤。

　　那么，我們是否要回到黑洞通過(guò)白洞來(lái)發(fā)出內(nèi)部信息的概念呢?也許吧。在 2013 年發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)的研究中，美國(guó)路易斯安那州立大學(xué)的豪爾赫·普林(Jorge Pullin)等研究者將圈量子引力論應(yīng)用于黑洞，發(fā)現(xiàn)引力會(huì)朝著黑洞核心的方向增加，但會(huì)減少并撞開進(jìn)入宇宙另一區(qū)域的任何物質(zhì)。這些結(jié)果為黑洞作為“傳送門”的觀點(diǎn)提供了額外的證據(jù)。在這項(xiàng)研究中，奇點(diǎn)并不存在，因此不會(huì)形成一個(gè)不可逾越的屏障。這也意味著，信息不會(huì)消失。

　　也許黑洞沒有出口

　　然而，物理學(xué)家艾哈邁德·阿姆黑利、唐納德·馬若夫、約瑟夫·波爾欽斯基和詹姆斯·蘇利仍然相信霍金的理論是有道理的。他們研究的理論后來(lái)被稱為“AMPS 火墻”(或黑洞火墻)假說(shuō)。根據(jù)他們的計(jì)算，量子力學(xué)可以有效地將事件視界變成巨大的火墻，任何與之接觸的物體都會(huì)在瞬間燃燒。從這個(gè)意義上說(shuō)，黑洞沒有出口，因?yàn)闆]有任何東西能進(jìn)入黑洞。

　　然而，這違反了愛因斯坦的廣義相對(duì)論。如果有人能跨越事件視界，那他實(shí)際上不應(yīng)該感到任何很大的困難，因?yàn)橐粋€(gè)物體將處于自由落體狀態(tài)，根據(jù)等效原理，這個(gè)物體(或人)不會(huì)感受到引力的極端影響。這一觀點(diǎn)可以遵循宇宙中其他地方存在的物理定律，但即使不違背愛因斯坦的廣義相對(duì)論，它也會(huì)破壞量子場(chǎng)論，或者表明信息可能會(huì)丟失。

　　一個(gè)不確定的黑洞

　　讓我們?cè)僬f(shuō)回霍金。2014 年，他發(fā)表了一項(xiàng)研究，在其中避開了事件視界的存在，認(rèn)為引力坍縮會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“表觀視界”。

　　這個(gè)視界將會(huì)使試圖離開黑洞核心的光線懸浮起來(lái)，并會(huì)持續(xù)“一段時(shí)間”。在他的重新思考中，表觀視界暫時(shí)保留了物質(zhì)和能量，之后才會(huì)吸收和釋放它們。這種解釋最符合量子理論——量子理論認(rèn)為信息不能被摧毀——而且，如果被證實(shí)，就將意味著任何東西都可以從黑洞中逃逸。

　　霍金甚至說(shuō)黑洞可能根本不存在。“黑洞應(yīng)該被重新定義為引力場(chǎng)的亞穩(wěn)態(tài)束縛態(tài)，”他寫道。這里不會(huì)有奇點(diǎn)，雖然表觀視界會(huì)因?yàn)橐Χ騼?nèi)移動(dòng)，但它永遠(yuǎn)不會(huì)到達(dá)中心，并被合并成一個(gè)致密的物體。

　　然而，黑洞釋放的任何東西都將不會(huì)是被吞噬的信息形式。我們不可能通過(guò)觀察結(jié)果來(lái)判斷發(fā)生了什么，而結(jié)果本身就是問題。

　　有一件事是肯定的，在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，關(guān)于黑洞的謎團(tuán)將吞噬更多的科學(xué)研究時(shí)間。有物理學(xué)家最近提出，暗物質(zhì)可以由黑洞蒸發(fā)后的殘余部分組成。2018 年，霍金去世前最后一篇黑洞論文公布，題名為《黑洞熵與軟毛發(fā)》。文中描述了零能量粒子如何離開事件視界，并不再返回。這個(gè)觀點(diǎn)表明，信息并不是消失，而是被捕獲。

　　然而，這與物理學(xué)家約翰·阿奇博爾德·惠勒提出的“無(wú)毛定理”相悖。該定理的基礎(chǔ)是，兩個(gè)黑洞對(duì)觀察者來(lái)說(shuō)是無(wú)法分辨的，因?yàn)楹诙粗挥匈|(zhì)量、角動(dòng)量和電荷這三個(gè)不能編委電磁輻射的守恒量，其他信息都喪失了。霍金的觀點(diǎn)引起了科學(xué)家們的討論，但可以想見，想要了解黑洞究竟通向何方，我們還有很長(zhǎng)的路要走。
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