深度长文:深层解读黑洞,黑洞或许隐藏着宇宙终极奥秘!(5)

2023-05-01 来源:飞速影视
作为一名理论物理学家和宇宙学家,史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)教授终其一生都在钻研黑洞的奇异特性。他最重要的贡献之一,就是提出黑洞会在被称作「霍金辐射」的效应下逐渐蒸发。
物理学家知道,看似空旷的宇宙不可能真的是空的。宇宙不断地将能量转化为一些成对的粒子,它们就像灰姑娘的马车一样,很快就会消失,否则就违背了物理定律。 而霍金天才般地将这一过程放到黑洞的事件视界上。
他想象出的场景是这对粒子中的一个落入了黑洞中,而另一个在外面,由此它们就再也无法一起成对消失了,于是一个被黑洞吸收,另一个则逃到无边无际的宇宙中。 这个落单的粒子在向外逃逸时会吸收一部分来自黑洞的能量,而它带着能量向外传递的过程就是霍金辐射。 但是带走的这些能量对于黑洞来说只是九牛一毛,一个黑洞需要 2 000 亿亿亿亿亿亿亿亿年才会完全蒸发,这个数字是 2 后面有 67 个 0!
也就是说,黑洞并不完全是黑的,它们会以霍金辐射的形式发出极为微弱的光芒。
万物理论
史蒂芬·霍金在黑洞通过霍金辐射逐渐蒸发的研究中结合了物理学中最重要的两个理论:量子力学——微观尺度下粒子运动的规律,以及爱因斯坦的广义相对论。
对于黑洞这样一个独特的物体来说,这两种理论都很重要。通常情况下,对引力以及行星的公转轨道进行计算时不需要考虑量子力学;同样,解释原子的运动规律时也不需要考虑引力。
但黑洞是不一样的,当恒星发生坍缩时,大量物质被塞进了一个很小的空间中,引力突然在原子大小的尺度上也起到了作用。 广义相对论描述了引力是如何由弯曲的时空引起的,如果严格按照这种说法,是黑洞将弯曲的时空成了一个叫作奇点的东西。
但是体积无限小、密度无限大对于一个物体而言到底意味着什么呢?量子力学的规律对于一个比原子还小的空间来说还有效吗?
物理学家们非常重视这些问题,并且一直试图将量子力学和广义相对论结合成一个理论——一个可以用于解释宇宙万物的通用框架,从最小的亚原子粒子到最大的超星系团全都适用,这就是万物理论。
然而,物理学家在这条探索之路上屡屡受挫。这两种理论就是不太能很好地结合在一起。它们是完全不兼容的,对其中一个理论的应用会产生与另一个理论的不可调和的分歧。 而这促使物理学家们开始探索更加极端的可能性,其中包括探索更多的维度——而非我们熟悉的三维时空。
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