北京時(shí)間 9 月 25 日消息，據國外媒體報道，如果能夠穿越黑洞，你會(huì )去往哪里?會(huì )有什么等待著(zhù)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(wèn)題都可以用一句簡(jiǎn)單的話(huà)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。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(tīng)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(ài)因斯坦的廣義相對論將時(shí)空與引力作用聯(lián)系起來(lái)，預言了黑洞的存在，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(chēng)為“奇點(diǎn)”(又稱(chēng)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)，被認為是黑洞的中心。

　　由此產(chǎn)生的黑洞具有極其強大的引力，甚至連光線(xiàn)都無(wú)法逃脫。因此，如果你發(fā)現自己處于事件視界時(shí)，你就注定無(wú)處可逃。德國天文學(xué)家卡爾·史瓦西(Karl Schwarzschild)計算得出，如果某天體的全部質(zhì)量壓縮到很小的“引力半徑”之內，那么其所有物質(zhì)、能量(包括光線(xiàn))都將被引力囚禁在內。從外界看，這一天體就是絕對黑暗的存在，也就是黑洞。事件視界就是黑洞周?chē)臅r(shí)空曲隔界線(xiàn)，光和物質(zhì)只能向內通過(guò)事件視界。根據梅西的說(shuō)法，潮汐力會(huì )把你的身體縮成原子鏈的形式(也被稱(chēng)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(chóng)洞呢?

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

　　多年來(lái)，科學(xué)家一直在研究黑洞成為蟲(chóng)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(ài)因斯坦與內森·羅森(Nathan Rosen)合作建立了連接時(shí)空中兩個(gè)不同點(diǎn)的蟲(chóng)洞(又稱(chēng)愛(ài)因斯坦-羅森橋)假說(shuō)。但在 20 世紀 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(chóng)洞。這一討論為蟲(chóng)洞理論開(kāi)辟了一些新的領(lǐng)域。索恩是研究愛(ài)因斯坦廣義相對論天體物理學(xué)含義的世界頂尖專(zhuān)家之一。

　　梅西說(shuō)：“當我還是個(gè)孩子的時(shí)候，最先讓我對物理學(xué)產(chǎn)生了興趣的，就是基普·索恩那本關(guān)于蟲(chóng)洞的暢銷(xiāo)書(shū)。”然而，蟲(chóng)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(shū)中寫(xiě)道，“我們的宇宙中沒(méi)有任何物體會(huì )隨著(zhù)年齡的增長(cháng)而變成蟲(chóng)洞。”索恩向好萊塢電影《星際穿越》(Interstellar)的制作團隊提供了專(zhuān)業(yè)建議。索恩表示，穿越蟲(chóng)洞這樣的理論性通道，很可能仍是科幻情節，而且沒(méi)有確鑿的證據表明，黑洞會(huì )允許這樣的通道存在。

　　但是，問(wèn)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發(fā)生的任何事情，因為光不能逃離黑洞的巨大引力，照相機就什么也拍不到。根據目前的理論，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 )很快獲得結論。

　　“我認為標準的說(shuō)法是，它們導致了時(shí)間的終結，”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)，“遠處的觀(guān)察者不會(huì )看到他們的宇航員朋友掉進(jìn)黑洞。當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’的地方。無(wú)論這個(gè)‘永遠’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)家伊戈爾·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(xiàn)無(wú)法進(jìn)入白洞，但可以從這一時(shí)空區域離開(kāi)。

　　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《物理評論D》(Physical Review D)雜志上發(fā)表論文稱(chēng)，“在有限的時(shí)空區域之外，存在一個(gè)滿(mǎn)足愛(ài)因斯坦方程的經(jīng)典度規。而在這個(gè)有限的時(shí)空區域內，物質(zhì)坍縮成黑洞，然后出現在一個(gè)白洞中。”換句話(huà)說(shuō)，所有被黑洞吞噬的物質(zhì)都有可能被噴出，當黑洞死亡時(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(huà)，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(guān)點(diǎn)或許就能找到一些線(xiàn)索。在上世紀 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，霍金認為黑洞不會(huì )永遠存在。在 1976 年發(fā)表于《物理評論D》的論文中，霍金計算出，輻射會(huì )導致黑洞失去能量，進(jìn)而縮小并消失。另一方面，他聲稱(chēng)輻射出來(lái)的粒子將是隨機的，不包含黑洞內部的信息，導致其中的信息將永遠消失。

　　這意味著(zhù)，霍金的觀(guān)點(diǎn)與量子理論相悖。量子理論認為，信息不能被摧毀。物理學(xué)認為，信息正變得越來(lái)越難以找到，因為一旦丟失，就不可能知道過(guò)去或未來(lái)?；艚鸬南敕▽е铝?ldquo;黑洞信息佯謬”(black hole information paradox)，長(cháng)期以來(lái)一直困擾著(zhù)科學(xué)家。有些人認為霍金完全錯了，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(chēng)，他犯了一個(gè)錯誤。

　　那么，我們是否要回到黑洞通過(guò)白洞來(lái)發(fā)出內部信息的概念呢?也許吧。在 2013 年發(fā)表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)的研究中，美國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用于黑洞，發(fā)現引力會(huì )朝著(zhù)黑洞核心的方向增加，但會(huì )減少并撞開(kāi)進(jìn)入宇宙另一區域的任何物質(zhì)。這些結果為黑洞作為“傳送門(mén)”的觀(guān)點(diǎn)提供了額外的證據。在這項研究中，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(zhù)，信息不會(huì )消失。

　　也許黑洞沒(méi)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(chēng)為“AMPS 火墻”(或黑洞火墻)假說(shuō)。根據他們的計算，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(méi)有出口，因為沒(méi)有任何東西能進(jìn)入黑洞。

　　然而，這違反了愛(ài)因斯坦的廣義相對論。如果有人能跨越事件視界，那他實(shí)際上不應該感到任何很大的困難，因為一個(gè)物體將處于自由落體狀態(tài)，根據等效原理，這個(gè)物體(或人)不會(huì )感受到引力的極端影響。這一觀(guān)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(ài)因斯坦的廣義相對論，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

　　讓我們再說(shuō)回霍金。2014 年，他發(fā)表了一項研究，在其中避開(kāi)了事件視界的存在，認為引力坍縮會(huì )產(chǎn)生一個(gè)“表觀(guān)視界”。

　　這個(gè)視界將會(huì )使試圖離開(kāi)黑洞核心的光線(xiàn)懸浮起來(lái)，并會(huì )持續“一段時(shí)間”。在他的重新思考中，表觀(guān)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——量子理論認為信息不能被摧毀——而且，如果被證實(shí)，就將意味著(zhù)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。“黑洞應該被重新定義為引力場(chǎng)的亞穩態(tài)束縛態(tài)，”他寫(xiě)道。這里不會(huì )有奇點(diǎn)，雖然表觀(guān)視界會(huì )因為引力而向內移動(dòng)，但它永遠不會(huì )到達中心，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(guān)察結果來(lái)判斷發(fā)生了什么，而結果本身就是問(wèn)題。

　　有一件事是肯定的，在未來(lái)很長(cháng)一段時(shí)間內，關(guān)于黑洞的謎團將吞噬更多的科學(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(kāi)事件視界，并不再返回。這個(gè)觀(guān)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。該定理的基礎是，兩個(gè)黑洞對觀(guān)察者來(lái)說(shuō)是無(wú)法分辨的，因為黑洞只有質(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?；艚鸬挠^(guān)點(diǎn)引起了科學(xué)家們的討論，但可以想見(jiàn)，想要了解黑洞究竟通向何方，我們還有很長(cháng)的路要走。
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