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分类: 科学思考 |
上苍的心思——黑洞
在宇宙里,恐怕没有什么比黑洞更奇异、更诡秘、更令人神往的了。
宇宙本身是否就是“知觉”,或者说宇宙是否存有上帝,乔汝觉得,也许破解的密码就在黑洞。
黑洞是什么?那可神了!
一个比太阳质量重10倍的天体塌陷(挤压)至100多公里周长的区域内,就形成了宇宙里的小型黑洞。假如黑洞是固体的,那么挤在这么小的空间里,它的平均密度将是每立方厘米2亿吨(2×108)——比水重2×1014倍!
但黑洞不是固体的。
广义相对论认为,10个太阳的星体物质塌缩形成黑洞,将聚集在黑洞的中心——聚集在一个无法想像的叫“奇点”的超小空间区域里。
这个叫“奇点”的黑洞中心,大约为10-33厘米那么小,比原子核还要小1万亿亿倍!这个10-33厘米的奇点周围,除了正在向它落下的稀薄气体和气体发出的辐射外,什么都没有。
那个100多公里的黑洞周长,实际上是黑洞的“视界”。黑洞中心(奇点)到视界几乎是空的,而视界往外很广阔的区域内也几乎什么都没有(空的)。
但是,黑洞的视界却是黑洞绝对分明的边缘,即黑洞的表面。这个表面可称为黑洞的地平线。
在这个黑洞的地平线刚好以上的东西,如果有足够的力量,是可以逃脱黑洞引力的魔掌:飞船能飞离;向上发射的足够快的粒子能逃走;光当然也能逃走。可刚好在这个地平线表面以下的物质,无论是火箭、粒子、光、辐射或者其它任何东西,不管费多大力气,都不可逃脱黑洞中心强大引力那无情的魔掌,永远不可能再回头了。
而且,你确认黑洞的直径只有几十公里——在视觉上和遥测上都准确无误,可当你假设真的有可能去走完这几十公里路程,你没法不傻眼:原来看似几十公里的直径,你却需要走几百亿公里甚至几亿光年!我们熟知的欧几里得定律在高度弯曲的黑洞空间完全失效了。
这是因为黑洞奇点的超级引力,已经无限弯曲了空间,空间弯曲了又弯曲。黑洞周围以及黑洞内部是由无数圈空间的弯曲又弯曲缠绕着,可以不需要任何物质,一切都是弯曲的弯曲。
在黑洞,不仅我们穿行的空间是弯曲了又弯曲,时间也是弯曲的。黑洞附近的时间流慢了,而在那个没有回程的视界边缘,时间已经弯成了空间,它的流向是通常概念的空间方向,时间流的未来朝着黑洞中心高速穿入。
时间弯曲了,时间慢了而且流向黑洞中心,除了这两点,黑洞的时空弯曲还有第三个特征——视界外一圈圈的犹如龙卷风似的空间和时间的漩涡。在大气中,远离龙卷风中心的涡旋很慢,同样,远离黑洞视界的时空涡旋也很慢。距中心或视界越近,涡旋越快。在视界附近,时空涡旋剧烈而飞快,能把一切敢在那里冒险的事物都卷进飞旋的轨道。不论坚固的飞船有多么强大的引擎,只要到了视界的旁边,就不可能抵御那些漩涡。向前的时间流无情地拖着飞船一圈圈地飞行。一旦到了视界里面,飞船将被时间流拖向那个张着血盆大口的黑洞中心——奇点。
俄罗斯的别林斯基、卡拉尼可夫和栗弗席兹通过求解爱因斯坦方程来探索奇点的弯曲,发现了黑洞特有的剧烈的混沌行为——当你接近奇点的时候,时空的弯曲先把你从头到脚地拉长,从左到右地挤扁,接着又把你从左到右地拉开,从头到脚地压缩。如此翻来覆去,不停地变换花样,越来越快,越来越疯狂!
不久,你的身体“没了”,只留下一卷“意大利面条”(惠勒用过的术语)。然后,你的每一个原子也被卷成谁也分不清的意大利面条;然后,空间本身也卷成了面条。
这个“面卷”过程的终点——时空奇点——理应是由量子力学定律和时空弯曲定律联合决定的,这是因为时空弯曲是在极端微观的尺度把空间卷成面条的,那样的尺度必然经受着海森堡的量子运动“不确定性原理”的强烈影响。
然而,黑洞内部的奇点就目前而言似乎对我们没什么用处,因为我们根本不能从地球上看见它们。假如你真的看到了,你也该死了,谁来告诉我们呢?可还有别的我们能看见而且不死的奇点吗?至少有一个,那就是产生我们宇宙的大爆炸的奇点。
那么,所有物质被卷进黑洞奇点后会发生什么?总不可能无限致密致密又致密下去吧?
已经有许多科学家告诉我们,黑洞奇点最终会反向(翻转)发生大爆炸,产生“白洞”——那是一个时间倒流的全新的宇宙。所有被黑洞吞噬的物质,会被抛向这个新的白洞宇宙,而掉进黑洞奇点的已成为面条的我们人的全部粒子也将会全部甩入这个时间倒流的物理特性完全相反的白洞宇宙。
那我们人的粒子可否还会存有记忆而重新聚集成生命呢?甚或我们可以再次由老年活到童年倒着再活一次呢?乔汝认为,理论上应该可以吧?
我们银河系中心就是一个巨大的黑洞。距离地球30102光年。从地球上看,我们要经过30102年;但在亚光速的飞船上看,只需要20年。这是因为,根据爱因斯坦的狭义相对论定律,高速的飞船会使飞船测量的时间“膨胀”,这种时间膨胀(或时间弯曲)在效果上使飞船成了一台时间机器,让你在短暂的时间里走到地球遥远的未来。
总之,与其说神奇诡异的黑洞是解开宇宙奥秘的钥匙,毋宁说,我们对黑洞的探秘,却无意间有可能是在揣摩上苍的心思。
永恒而万能的上帝是否存在,“人类世”级别的水平显然不具知情权。既然如此,争论造物主存在与否便意义不大。坚决反对上帝存在的,大多都不是伟大的科学思想家;而坚信上帝存在的却似乎永远也无法获取证据。这便是“人类世”的现状。
可谁又能否认比我们宇宙更大的宇宙本身不是“知觉”呢?谁又能否定在更大宇宙的超空间里,没有“知觉”的存在呢?
我们与其去争论上帝是否存在,毋宁把我们思想的触角伸向那些深远而奇特的陌生又神秘的有着巨大引力能量的——黑洞。
倘若确有上帝,那么乔汝认为,黑洞一定隐藏着解开这一天谜的密码。即使退一步不存在上帝,我们也能通过对黑洞了解的不断深入,最终完成对宇宙真谛的彻底领悟。
尽管霍金即将出版的新书《伟大的设计者》,一反常态地隐喻着:宇宙的创世好像不需要造物主;然而霍金同样也不能说清楚,促使宇宙起始“奇点”大爆炸的第一推动力究竟来自何方?或来自何物?
……一切的一切,也许在黑洞都可以找到答案。
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