解讀黑洞的本質,人類有可能就生活在一個超級黑洞里面?
2024/03/25

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愛因斯坦的廣義相對論預言了一種神秘天體的存在,這種天體會在巨大引力作用下,一直向內坍縮,所有物體都坍縮到一個體積無窮小的點,引發時空無限彎曲。

1969年,惠勒把這種神秘的天體稱為「黑洞」,并且提出了這樣的假說:黑洞只有三個物理量質量,電荷量和角動量,其他所有物理量都被巨大的引力撕碎,都在事件視界之內了。

這個假說後來被霍金等人證明,也就是所謂的「黑洞無毛定理」。

而根據熱力學第二定律,對于一個封閉的系統來講,只會變得越來越混亂,這就是熵增定律。在任何封閉的系統里,熵都會不斷增加,意味著系統越來越混亂。

按照熱力學第二定律,也就是熵增定律,黑洞也是有熵的,而有熵就必然有溫度,有溫度意味著有輻射。但是黑洞會吞噬一切靠近的物體,連光都不能逃脫,怎麼可能還有輻射呢?

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這個難題又是霍金給解決了,他提出了著名的「霍金輻射」。到底該如何理解「霍金輻射」呢?需要一些量子力學基礎知識。

我們都知道,經典物理學告訴我們,物質和能量都是守恒的,不可能憑空消失或產生。

但是在微觀世界里,就不是那回事了,我們不能用經典物理去理解微觀世界的詭異現象,否則就會瘋掉。

微觀世界存在不確定性,意味著在極短的世界里,能量可以非常大。具體表現就是,真空中可以瞬間憑空衍生出一對正反虛粒子,真的是憑空衍生出來的。不過存在時間極短,瞬間就湮滅消失了。

只要整個過程滿足不確定性原理,也就是時間和能量的乘積不小于一個常數,就有一定幾率發生,當然這個常數非常小,但比零要大。

這其實就是量子漲落,衍生出來的是虛粒子對。量子漲落也意味著真空一點也不空,不但不空,甚至比現實世界還要熱鬧,真空就像沸騰的海洋那樣,不斷隨機涌現出虛粒子對。

這在我們看來太詭異,太不可思議了,但在微觀世界確實很常見。

而在黑洞事件視界附近的真空環境里,當然也會漲落出虛粒子對,雖然虛粒子對存在時間極短,但也有可能因為距離事件視界太近最終墜落到黑洞。

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但這種墜落并不是說來個虛粒子都墜落到黑洞,可能虛粒子對當中的一個偶然墜落到黑洞,另一個因為找不到湮滅的同伴了,就不會湮滅了,一直留在宇宙中,相當于實體化了。

而當實體化的粒子離開黑洞時,就表現為黑洞在不斷蒸發,這就是「霍金輻射」。黑洞就是靠霍金輻射損失質量的,不過整個過程極其緩慢。

霍金輻射很好解決了「黑洞熵」的問題,同時又給我們帶來了另一個不可思議的猜測。在描述物體狀態的時候,熵其實蘊含了物體的信息。于是當物體被黑洞吞噬的過程,物體的信息就會留在事件視界上。

你知道這意味著什麼嗎?

意味著我們所在的四維時空里的所有信息,都只是「投影或者編碼」,都編碼在了黑洞事件視界這個二維表面上。被黑洞吞噬的物體并未消失,物體的信息一直停留在事件視界上。

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基于這種觀點,弦理論提出了更加瘋狂的全息宇宙論,認為我們的宇宙有可能只是「高維」宇宙的全息投影而已。也就是說,我們每天感受到的三維空間,其實只是一種錯覺,實際上只是我們在巨觀低能世界的一種錯誤描述,實際上是二維的,只是我們不可能感受到罷了。

最瘋狂的是,全息宇宙論甚至認為我們人類生活的世界,本來就位于一個黑洞的內部,這樣的瘋狂設想肯定會觸發你無限的遐想。

實際上,這種觀點并非是空想,也有一定的理論根據。從黑洞和史瓦西半徑的概念來理解,我們的宇宙很符合黑洞的特征。為什麼?

任何具有質量的物質都存在著一個臨界半徑特征值,也就是所謂的史瓦西半徑,與質量成正比,任何物體的大小只要小于自己的史瓦西半徑,就會坍縮為黑洞。

比如說太陽的史瓦西半徑約為3千米,地球的史瓦西半徑為9毫米,意味著如果地球被壓縮成9毫米大小,就會坍縮為黑洞。

而我們的宇宙的歷史為138億年,意味著我們能觀測到的極限距離為138億光年,而根據可觀測宇宙的質量進行計算,可觀測宇宙的史瓦西半徑達到了156億光年,比138億光年還要多18億光年。

也就是說,單純從理論上分析,我們的宇宙完全有可能是一個黑洞,而我們就生活在黑洞里面!

完。

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