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01 宇宙可能禁止人類看到“奇點” 在宇宙中30倍太陽質(zhì)量的恒星，在超新星爆發(fā)后會形成“黑洞”，而這樣大質(zhì)量的恒星通常壽命較短，因此現(xiàn)在的宇宙中存在大量的黑洞，許多星系中心的引力源就是黑洞，并且霍金的研究指出，宇宙在暴漲階段因為超高的物質(zhì)密度，可能創(chuàng)造出一些體積較小的“原初黑洞”。 黑洞是宇宙中最神奇的天體，也是宇宙中最黑暗的角落，2020年的諾貝爾物理學獎項得主彭羅斯提出了一個理論，宇宙禁止人類看到任何一個黑洞中的“奇點”，這個理論得到了眾多科學家的認可，為什么宇宙要禁止人類看到奇點呢？ 質(zhì)量越大的恒星壽命越短，大質(zhì)量的恒星在形成后，會釋放大量能量，凜冽的恒星不斷帶走質(zhì)量，當內(nèi)核不再穩(wěn)定后，這個恒星的內(nèi)核就會坍塌向內(nèi)縮小，形成一個“奇點”。并不是只有恒星坍塌才會形成奇點，任何一個天體在被壓縮后，小于它的“史瓦西半徑”后就會形成一個奇點。 如果想要把地球壓縮成一個黑洞，需要在質(zhì)量不發(fā)生變化的情況下，把地球壓縮成一個9毫米的小球，就會變成一個奇點，產(chǎn)生黑洞，當然，這么小的黑洞無法存在太久，就會蒸發(fā)掉，黑洞誕生的本質(zhì)是超高密度的物質(zhì)產(chǎn)生的奇點，并不是只能從死亡的恒星中誕生。 02 “宇宙監(jiān)察假設(shè)” 1969年，物理學家羅杰·彭羅斯提出，宇宙中只要誕生一個奇點，就會隨之誕生出一個“事件視界”，也就是說，人類無法觀察任何一個奇點，因為事件視界會阻隔人類對事件視界內(nèi)部的觀察。 這個理論被稱為“宇宙監(jiān)察假設(shè)”，黑洞之所以是黑的，因為任何光線都無法從黑洞的視界范圍內(nèi)逃脫，所以人類無法觀察黑洞內(nèi)部的景象，宇宙禁止人類觀察奇點，這個看似無厘頭的理論已經(jīng)成為了大多數(shù)黑洞理論的基礎(chǔ)。 為什么宇宙禁止人類觀察黑洞中的“奇點”？廣義相對論中指出，宇宙時空并不均勻，不同位置的“時空曲率”不同，物質(zhì)密度越高的地方，時空的曲率就越高，而奇點，質(zhì)量無限大，密度無限高，所以奇點附近的時空曲率是全宇宙最高的地方。 引力的本質(zhì)就是時空曲率，地球上的時空曲率幾乎可以忽略，在宇宙中只有中子星和黑洞這樣的天體附近，時空曲率才會周圍的空間產(chǎn)生影響，甚至于人類的物理定律在這些區(qū)域都不再適用。 不論是相對論，還是量子力學，只要到了奇點的“事件視界”內(nèi)，就會失效，因為人類的物理理論建立在平坦的時空內(nèi)，對于時空曲率高到光線都無法逃脫的奇點附近，人類的物理理論就無法成立，也無法對物質(zhì)的運動作出準確的描述。 奇點內(nèi)有著無窮的能量和物質(zhì)密度，相對論中也指出，時空曲率越高的地方，時間的流速也會越慢?！翱臻g”和“時間”在奇點面前都失去了原本的意義，因此人類的物理理論無法描述奇點內(nèi)的事情，在奇點面前，人類的任何理論都會失去“描述未來”的能力。 通過物理定律和數(shù)學計算，人類可以做到“預知未來”，其實就是預估一個物體未來可能的運動軌跡，但是在奇點附近，因為超高的時空曲率，人類的物理定律會失效，這就造成了一個尷尬的事情，如果人類的物理定律在奇點面前失效，我們又應該怎么去描述它呢？ “宇宙監(jiān)察假設(shè)”給出了一種解釋，那就是宇宙禁止人類觀察奇點，因為每個奇點都會有相應的“事件視界”出現(xiàn)，事件視界就是一個時空之間的“界限”，把我們和奇點分隔開，事件視界內(nèi)發(fā)生的事情，不會對外部產(chǎn)生影響，因為光線無法逃出，信息無法傳遞，所以奇點不會對外部的物理規(guī)律產(chǎn)生影響。 “事件視界”就像是一個“保護罩”，保護黑洞內(nèi)部的現(xiàn)象不會對外部造成沖擊，同時人類的物理理論也不會受到干擾。 “宇宙監(jiān)察假設(shè)”中提出的理論如果被證實，那么從某種程度上來說，宇宙禁止人類觀察“奇點”，是在保護人類，讓我們的物理理論可以完整的運行下去，同時也在暗示人類，我們的物理理論還并不完整，在奇點附近，隱藏著更深層次的物理定律。 03 裸奇點 當然，并不是所有人都認同彭羅斯的觀點，一些科學家認為，宇宙中可能存在沒有事件視界保護的奇點，這樣的奇點被稱為“裸奇點”，在傳統(tǒng)理論中，奇點的誕生必然伴隨著一個“事件視界”，但是一些理論模型指出，有的奇點附近可能不存在事件視界，光線可以從奇點中穿過，人類可以直接觀察到奇點附近的時空扭曲。 如果“裸奇點”確實存在，那么人類的物理定律可能就能迎來統(tǒng)一，并且人類也可以直接觀察恒星是如何坍塌成為奇點的，這無疑會在天文和物理領(lǐng)域帶來重大的突破，但是真的存在“裸奇點”的話，那么裸奇點周圍超高的時空曲率造成的現(xiàn)象就會對宇宙中的其他區(qū)域造成沖擊。
科學家在宇宙深處發(fā)現(xiàn)了很多無法解釋的高能現(xiàn)象，可能就是裸奇點造成的。但是裸奇點的存在會導致人類的物理理論陷入危機，必須針對奇點周圍超高的時空曲率建立新的理論，而彭羅斯的“宇宙監(jiān)察假設(shè)”就等于給現(xiàn)代物理學加上了一個保護罩，不需要去思考黑洞內(nèi)發(fā)生的事情，因為這些事情會永遠留在黑洞中，誰也無法知道奇點附近發(fā)生了什么。 04 物理學還是個孩子 不論“宇宙監(jiān)察假設(shè)”和“裸奇點”哪個正確，都證明人類的物理學不夠完善，就像是一個孩子，還有很大的發(fā)展空間，或許真的和彭羅斯的觀點一樣，宇宙禁止人類觀察奇點，我們永遠無法知道黑洞中隱藏著什么秘密，也有可能宇宙中存在一些“裸奇點”等待人類探索。 |
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年輕的彭羅斯教授
