加载中…黑洞（6）奇点与虫洞
(2018-04-15 11:32:40)
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黑洞相对论 |
黑洞的中心是一个引力奇点，一个一维点，在一个无限小的空间中包含一个巨大的质量，密度和引力变得无限大，时空曲线无限大，我们所知道的物理定律在那里停止运作。正如著名的美国物理学家齐普·索恩(KipThorne)所描述的那样，这是“所有物理定律都崩溃的点”。
目前的理论认为，当一个物体落入黑洞并接近中心的奇点时，它会被拉伸或被面条化，这是由于它的不同部分的引力差异越来越大，然后可能会完全失去维数，然后不可挽回地消失在奇点中。观察者从外面安全的距离观察，会对事件有不同的看法。根据相对论，他们会看到物体在接近黑洞时移动得越来越慢，直到它在视界上完全停下来，再也不会落到黑洞里。
图：引力奇点隐藏在黑洞内
Meteorite/Book-GlossaryS.html)
奇点的存在常常被认为是广义相对论崩溃的证据，这也许并不出人意料，因为它发生在量子效应变得重要的条件下。可以想象，一些未来的量子引力联合理论(如目前对超弦的研究)也许能够描述黑洞，而不需要奇点，但这样的理论还需要很多年才能实现。
根据“宇宙审查”假说，黑洞的奇点仍然隐藏在它的视界后面，因为它总是被一个不允许光线逃逸的区域包围，因此不能被直接观察到。这个假设允许的唯一例外(被称为裸奇点)是最初的大爆炸本身。
因此，从本质上看，我们很可能永远无法完全描述甚至理解黑洞中心的奇点。虽然观察者可以向黑洞发送信号，但黑洞内部的任何东西都无法与黑洞以外的任何东西交流，因此它的秘密似乎永远是安全的。
像黑洞一样，虫洞是爱因斯坦广义相对论方程的有效解。
和黑洞一样，这个短语是美国物理学家约翰·惠勒尔在1957发明的。和黑洞一样，它们从来没有被直接观察到，但它们在理论上是如此的容易出现，以至于受到鼓励的一些物理学家认为真正的对应物最终可能会被发现或制造出来。
1916年，奥地利物理学家路德维希·弗拉姆(Ludwig
Flamm)在考察卡尔·史瓦西(KarlSchwarzschild)关于爱因斯坦场方程的解时，那个解，描述了一种特殊形式的黑洞，弗拉姆还注意到还有另一个解也是可能的，那就是后来被称为“白洞”的现象。
白洞是黑洞的理论时间反转，当黑洞充当真空时，将任何物质吸入事件视界，而白洞则充当源，将物质从其事件视界中吐出。有些人甚至推测，在所有黑洞的“另一边”都有一个白洞，黑洞吸收的所有物质都是从另一某个宇宙吐出来的。甚至我们所认为的大爆炸，实际上也可能是这种现象的结果。
弗拉姆还注意到，描述时空两个不同区域的两个解可以通过一种时空管道在数学上连接起来，至少理论上，黑洞“入口”和白洞“出口”可能是同一个宇宙的两个完全不同的部分，甚至可能处在在不同的宇宙中！爱因斯坦本人在1935年与内森·罗森一起进一步探索了这些想法，并得到了一个名为爱因斯坦-罗森桥的解(又称洛伦兹虫洞或史瓦西虫洞)。
图：虫洞是时-空不同区域之间的理论捷径。
wiki/File:Worm3.jpg)
为了要更好地想象模拟的虫洞，你在一张纸上用铅笔画了两个标记(表示时空中的两个点)，两个点之间的连线表示正常时空中从一个点到另一个点的距离。如果将纸张弯曲并折叠使得连线几乎重叠(相当于严重扭曲的时空)，然后用铅笔在纸上戳穿就提供了两个点之间的连接捷径，比原先短了太多太多，非常像一个虫洞。
一些理论家被鼓励思考，真正的虫洞最终可能会被发现或制造出来，而且也许会被用作隧道或捷径，用于远距离的两点之间的高速空间旅行，甚至用于时间旅行(可能会带来所有潜在的悖论)。然而，虫洞的一个普遍被接受的性质是，它们本身是高度不稳定的，很可能会在比到达另一端所需时间短得多的时间内崩溃，而不能够到达另一边。不管怎么样，哪怕是最少数量的物质(甚至一个光子)试图通过虫洞，在到达另一端之前会立即崩溃。
尽管有人提出了解决这个问题的一些可能的理论方法(例如，使用宇宙弦或反物质，或其他具有负能量的奇异物质)来防止虫洞被关闭。但这个想法暂时仍停留在科幻小说领域。不过，它仍然没有得到数学证明，毫无疑问，某种具有负能量密度的奇异物质是虫洞的绝对要求，也没有最后确定这种奇异物质不可能存在，因此，实际应用该理论的可能性仍然存在。
由于虫洞是通过4维时空，而不仅仅是通过空间的通道，斯蒂芬霍金和其他人也假设虫洞在理论上可以用于穿越时间和空间，尽管人们普遍认为，时间旅行回到过去是不可能的，因为可能会出现悖论和自我毁灭的反馈回路。
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