深层解读黑洞的本质,黑洞或隐藏着通向高维度的奥秘!
黑洞,堪称宇宙中最诡异的天体,是由大质量恒星在死亡之后在引力作用下坍缩而成的。
引力,是四大基本作用力中最弱的力,而强力是最强的力。如果强力的大小是1,那么引力只有10的负39次方!
引力如此微弱,以至于我们每个人都能轻松对抗引力,哪怕是整个地球的引力!比如我们每个人都可以轻松跳起来,要知道在往上跳的过程中,其实是在对抗整个地球对你的引力,可见引力有多微弱了!
很多人就很纳闷,既然引力这么弱,又是如何坍缩为恐怖的黑洞呢?
虽然引力很弱,你甚至可以对抗整个地球的引力往上跳,但你会发现,不管跳多高, 最终都会落下来,除非你的速度超过某个临界值,比如说第二宇宙速度每秒11千米,这个速度并不容易做到,需要强大的火箭才有可能。
同时,任何物体的物质排列越是紧密,逃逸速度就越高。从白矮星,中子星到黑洞,逃逸速度是逐渐升高的。黑洞的逃逸速度甚至无法用现有科学去解释,因为黑洞的逃逸速度超过了光速。
这其实就是黑洞名字的由来,哪怕是光都会被黑洞吞噬,所以黑洞看起来才是黑的,被称为黑洞。
黑洞的引力极其强大,尤其是在你不断靠近黑洞的过程中,强大的引力会让有种异样的感觉。当你靠近黑洞到一定程度,来到某个边界之后,无论用什么方法,无论多大的推动力都不可能让你逃离黑洞,最终被黑洞无情吞噬,这个边界就是事件视界。
当你不断靠近事件视界的时候,能感受到黑洞无比强大的引力,引力如此强大,以至于哪怕是微小的距离差异,也会感受到完全不同的引力。结果就是,如果你的脚距离黑洞事件视界更近,意味着你的脚感受到的黑洞引力比你的头部要大很多,两者之间的差异甚至能超过原子键的强度,最终导致你被无情地撕碎,这个过程被称为“意大利面条化”。
那么,最终你会落向何处呢?
科学界并没有定论,因为任何事物包括信息本身一旦越过事件视界,就不受现有大自然法则控制了。不过我们通常认为,被黑洞吞噬的物体最终会坠落到黑洞奇点!
奇点,一个体积无限小,密度无限大的点,时间和空间遇到奇点都终结了,那是一个人类无法描述的点,甚至被很多科学家称为“超时空”的点。奇点本身并不属于我们所在的四维时空。
这里有必要强调一下,严格来讲,黑洞其实就是奇点,是没有体积的。平时我们所讲的黑洞体积,其实指的是黑洞事件视界的范围,以奇点为中心,奇点到事件视界的距离,也就是以史瓦西半径为半径的球面。
那么,科学界是如何理解并诠释黑洞的呢?严格来讲,我们无法描述黑洞的任何特性,起码目前做不到,因为现有大自然法则一旦遇到黑洞,就全部失效了。普朗克尺度是有意义的最小尺度,虽然普朗克尺度很小,但肯定是比无穷小的奇点更大。
但是,人类当然不能“自暴自弃”,不能说解释不了就放弃了。科学家们仍旧想利用现有物理法则试图去理解黑洞,主要使用这两种理论,量子力学和广义相对论,这两大理论也是现代物理学大厦的两大基石。
广义相对论的时空弯曲诠释了引力的本质,而引力在计算大质量天体比如说行星的运行规律时,不需要考虑量子力学。同样地,解释微观粒子比如说原子的运行规律时也不需要考虑引力。
但是黑洞就完全不同了。黑洞是大量物质被塞进非常小的空间里形成的,空间如此小,以至于引力在原子尺度也起到了作用。
但是奇点本身的体积是无限小的,量子力学对一个比电子还要小很多的空间还有效吗?
物理学家们试图将广义相对论和量子力学结合起来,创建一个新理论,一个能解释万物的万物理论。但是在这个过程中屡屡受挫,物理学家们发现,想要把两大理论融合在一起并不容易,在我们所在的四维时空里几乎不可能,因为两大理论总是会出现不可调和的矛盾和分歧。
于是,物理学家们就大胆设想,如果脱离了我们所在的四维时空,用高维度时空解释黑洞奇点,统一广义相对论和相对论,一切好像变得简单起来。
而这也是一种前沿理论,弦理论要想做到的事情,用不断振动的弦来解释万物的本质,统一量子力学和广义相对论。
弦振动形式的不同,可以形成不同的基本粒子,用简单的弦来诠释万物,就避免了看起来杂乱无章的微观粒子世界,很好地统一广义相对论和量子力学。
不过弦理论要想成立,必须建立在十个维度的基础上,远非我们所在的四维时空。其他六个维度都在哪里呢?蜷缩在极其微小的微观世界,我们无法观察到。
弦理论经过不断发展,又延伸出来其他前沿理论,比如说超弦理论,M理论等,但都是建立在高维度基础上的。
弦理论虽然很好地解释万物,但缺乏相关实验证据,以至于至今都没有得到主流科学界认可,毕竟能经得起实验考证的理论才是好理论。
不过,物理学家们也发现,一些在我们看来非常复杂,晦涩难懂的现象,如果运用高维度思想去理解,就会变得简单很多,很多问题都会迎刃而解,比如说量子纠缠,量子隧穿效应等。
这或许就是物理学家们如此执着于黑洞研究的主要原因,因为他们坚信黑洞一定与高维度有着必然的联系,毕竟我们已经知道了黑洞其实并不属于四维时空。或许,黑洞是通往高维度的捷径,这意味着,只要物理学家们揭开了黑洞的神秘面纱,就找到了通往高维度的通道,到时候很多我们如今无法理解的问题,自然也迎刃而解了!
完。