科學家提出,宇宙「禁止」人類觀察奇點,是為了保護人類的理論

天空之城 2021/01/20 檢舉 我要評論
 

哇!真的第一次見哎,知识不会,只是姿势不对;科学凡此种种,用人话讲才能听懂

文/天空之城

 

在宇宙中30倍太陽質量的恒星,在超新星爆發後會形成「黑洞」,而這樣大質量的恒星通常壽命較短,因此現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,並且霍金的研究指出,宇宙在暴漲階段因為超高的物質密度,可能創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,為什麼宇宙要禁止人類看到奇點呢?

質量越大的恒星壽命越短,大質量的恒星在形成後,會釋放大量能量,凜冽的恒星不斷帶走質量,當內核不再穩定後,這個恒星的內核就會坍塌向內縮小,形成一個「奇點」。並不是只有恒星坍塌才會形成奇點,任何一個天體在被壓縮後,小於它的「史瓦西半徑」後就會形成一個奇點。

如果想要把地球壓縮成一個黑洞,需要在質量不發生變化的情況下,把地球壓縮成一個9毫米的小球,就會變成一個奇點,產生黑洞,當然,這麼小的黑洞無法存在太久,就會蒸發掉,黑洞誕生的本質是超高密度的物質產生的奇點,並不是只能從死亡的恒星中誕生。

「宇宙監察假設」

1969年,物理學家羅傑·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部的觀察。

這個理論被稱為「宇宙監察假設」,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逃脫,所以人類無法觀察黑洞內部的景象,宇宙禁止人類觀察奇點,這個看似無厘頭的理論已經成為了大多數黑洞理論的基礎。

為什麼宇宙禁止人類觀察黑洞中的「奇點」?廣義相對論中指出,宇宙時空並不均勻,不同位置的「時空曲率」不同,物質密度越高的地方,時空的曲率就越高,而奇點,質量無限大,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生影響,甚至於人類的物理定律在這些區域都不再適用。

不論是相對論,還是量子力學,只要到了奇點的「事件視界」內,就會失效,因為人類的物理理論建立在平坦的時空內,對於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,也無法對物質的運動作出準確的描述。

奇點內有著無窮的能量和物質密度,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。「空間」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,我們又應該怎麼去描述它呢?

「宇宙監察假設」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,事件視界就是一個時空之間的「界限」,把我們和奇點分隔開,事件視界內發生的事情,不會對外部產生影響,因為光線無法逃出,資訊無法傳遞,所以奇點不會對外部的物理規律產生影響。

「事件視界」就像是一個「保護罩」,保護黑洞內部的現象不會對外部造成衝擊,同時人類的物理理論也不會受到干擾。

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