深層解讀黑洞的本質,黑洞或隱藏着通向高維度的奧秘!
黑洞,堪稱宇宙中最詭異的天體,是由大質量恆星在死亡之後在引力作用下坍縮而成的。
引力,是四大基本作用力中最弱的力,而強力是最強的力。如果強力的大小是1,那麼引力只有10的負39次方!
引力如此微弱,以至於我們每個人都能輕鬆對抗引力,哪怕是整個地球的引力!比如我們每個人都可以輕鬆跳起來,要知道在往上跳的過程中,其實是在對抗整個地球對你的引力,可見引力有多微弱了!
很多人就很納悶,既然引力這麼弱,又是如何坍縮爲恐怖的黑洞呢?
雖然引力很弱,你甚至可以對抗整個地球的引力往上跳,但你會發現,不管跳多高, 最終都會落下來,除非你的速度超過某個臨界值,比如說第二宇宙速度每秒11千米,這個速度並不容易做到,需要強大的火箭纔有可能。
同時,任何物體的物質排列越是緊密,逃逸速度就越高。從白矮星,中子星到黑洞,逃逸速度是逐漸升高的。黑洞的逃逸速度甚至無法用現有科學去解釋,因爲黑洞的逃逸速度超過了光速。
這其實就是黑洞名字的由來,哪怕是光都會被黑洞吞噬,所以黑洞看起來纔是黑的,被稱爲黑洞。
黑洞的引力極其強大,尤其是在你不斷靠近黑洞的過程中,強大的引力會讓有種異樣的感覺。當你靠近黑洞到一定程度,來到某個邊界之後,無論用什麼方法,無論多大的推動力都不可能讓你逃離黑洞,最終被黑洞無情吞噬,這個邊界就是事件視界。
當你不斷靠近事件視界的時候,能感受到黑洞無比強大的引力,引力如此強大,以至於哪怕是微小的距離差異,也會感受到完全不同的引力。結果就是,如果你的腳距離黑洞事件視界更近,意味着你的腳感受到的黑洞引力比你的頭部要大很多,兩者之間的差異甚至能超過原子鍵的強度,最終導致你被無情地撕碎,這個過程被稱爲“意大利麪條化”。
那麼,最終你會落向何處呢?
科學界並沒有定論,因爲任何事物包括信息本身一旦越過事件視界,就不受現有大自然法則控制了。不過我們通常認爲,被黑洞吞噬的物體最終會墜落到黑洞奇點!
奇點,一個體積無限小,密度無限大的點,時間和空間遇到奇點都終結了,那是一個人類無法描述的點,甚至被很多科學家稱爲“超時空”的點。奇點本身並不屬於我們所在的四維時空。
這裡有必要強調一下,嚴格來講,黑洞其實就是奇點,是沒有體積的。平時我們所講的黑洞體積,其實指的是黑洞事件視界的範圍,以奇點爲中心,奇點到事件視界的距離,也就是以史瓦西半徑爲半徑的球面。
那麼,科學界是如何理解並詮釋黑洞的呢?嚴格來講,我們無法描述黑洞的任何特性,起碼目前做不到,因爲現有大自然法則一旦遇到黑洞,就全部失效了。普朗克尺度是有意義的最小尺度,雖然普朗克尺度很小,但肯定是比無窮小的奇點更大。
但是,人類當然不能“自暴自棄”,不能說解釋不了就放棄了。科學家們仍舊想利用現有物理法則試圖去理解黑洞,主要使用這兩種理論,量子力學和廣義相對論,這兩大理論也是現代物理學大廈的兩大基石。
廣義相對論的時空彎曲詮釋了引力的本質,而引力在計算大質量天體比如說行星的運行規律時,不需要考慮量子力學。同樣地,解釋微觀粒子比如說原子的運行規律時也不需要考慮引力。
但是黑洞就完全不同了。黑洞是大量物質被塞進非常小的空間裡形成的,空間如此小,以至於引力在原子尺度也起到了作用。
但是奇點本身的體積是無限小的,量子力學對一個比電子還要小很多的空間還有效嗎?
物理學家們試圖將廣義相對論和量子力學結合起來,創建一個新理論,一個能解釋萬物的萬物理論。但是在這個過程中屢屢受挫,物理學家們發現,想要把兩大理論融合在一起並不容易,在我們所在的四維時空裡幾乎不可能,因爲兩大理論總是會出現不可調和的矛盾和分歧。
於是,物理學家們就大膽設想,如果脫離了我們所在的四維時空,用高維度時空解釋黑洞奇點,統一廣義相對論和相對論,一切好像變得簡單起來。
而這也是一種前沿理論,弦理論要想做到的事情,用不斷振動的弦來解釋萬物的本質,統一量子力學和廣義相對論。
弦振動形式的不同,可以形成不同的基本粒子,用簡單的弦來詮釋萬物,就避免了看起來雜亂無章的微觀粒子世界,很好地統一廣義相對論和量子力學。
不過弦理論要想成立,必須建立在十個維度的基礎上,遠非我們所在的四維時空。其他六個維度都在哪裡呢?蜷縮在極其微小的微觀世界,我們無法觀察到。
弦理論經過不斷髮展,又延伸出來其他前沿理論,比如說超弦理論,M理論等,但都是建立在高維度基礎上的。
弦理論雖然很好地解釋萬物,但缺乏相關實驗證據,以至於至今都沒有得到主流科學界認可,畢竟能經得起實驗考證的理論纔是好理論。
不過,物理學家們也發現,一些在我們看來非常複雜,晦澀難懂的現象,如果運用高維度思想去理解,就會變得簡單很多,很多問題都會迎刃而解,比如說量子糾纏,量子隧穿效應等。
這或許就是物理學家們如此執着於黑洞研究的主要原因,因爲他們堅信黑洞一定與高維度有着必然的聯繫,畢竟我們已經知道了黑洞其實並不屬於四維時空。或許,黑洞是通往高維度的捷徑,這意味着,只要物理學家們揭開了黑洞的神秘面紗,就找到了通往高維度的通道,到時候很多我們如今無法理解的問題,自然也迎刃而解了!
完。