「黑洞」裡面是甚麼?科學家這麼說(組圖)


我們的宇宙可能棲身於一個黑洞內,而這個黑洞本身又是一個更大宇宙的一部分。
我們的宇宙可能棲身於一個黑洞內,而這個黑洞本身又是一個更大宇宙的一部分。(示意圖/圖片來源:Adobe Stock)

據美國國家地理網站報導,美國物理學家表示,我們的宇宙可能棲身於一個黑洞內,而這個黑洞本身又是一個更大宇宙的一部分。反過來,迄今在宇宙中發現的所有黑洞,從微小黑洞到超大質量黑洞,可能都是通向其他世界的通道。

黑洞是宇宙間的通道

有一種理論認為,黑洞其實是宇宙間的通道:一種蟲洞。從理論上講,蟲洞是連結白洞和黑洞的多維空間隧道,無處不在但轉瞬即逝。這種理論認為:黑洞吸收的物質,沒有如預測的那般被破壞成一個點,而是在黑洞的另一端噴湧出一個「白洞」。所謂白洞,是廣義相對論中的一種與黑洞相反的特殊天體。

美國印第安納大學物理學家尼克蒂姆.波普拉維斯基(Nikodem Poplawski),在《物理快報B輯》上發表了一篇論文,文中提出了一種新的數學模型,用以描述墜入黑洞物質的螺旋運動。

按照波普拉維斯基得出的方程式,這種蟲洞是「時空奇點」的切實可行的替代物。著名物理學家阿爾伯特.愛因斯坦預測,「時空奇點」存在於黑洞的中心。

根據愛因斯坦廣義相對論方程式,奇點形成於特定區域內物質過於稠密的時候,所以,這種事情可能會發生於黑洞的超密度中心。

愛因斯坦的理論認為,奇點不佔用任何空間,密度無限大,溫度無限高。這一概念得到了大量間接證據的支持,可由於聽上去離奇,使得許多科學家難以接受。

如果波普拉維斯基的理論最終被證明是正確的,這些科學家可能會改變他們的立場。根據數學模型,黑洞吸收並看似破壞的物質,實際上被驅逐出去成為另一世界中星系、恆星和行星的基礎物質。

波普拉維斯基表示,黑洞為蟲洞的概念,或能解釋現代宇宙學的某些謎團。例如宇宙大爆炸理論認為,宇宙是以奇點為起點開始演變的。

宇宙誕生之謎團

不過這種奇點是如何在大爆炸後的第一時間形成的?科學家對此沒有一個合理的解釋。波普拉維斯基指出,如果我們的宇宙誕生於「白洞」而非奇點,「將會解決黑洞奇點這道難題,而大爆炸奇點也將迎刃而解。」

另外,蟲洞或許還能解釋伽瑪射線爆發的成因,伽瑪射線爆發是宇宙中強度第二大的爆炸,僅次於宇宙大爆炸。

伽瑪射線爆發發生於已知宇宙的邊緣,似乎與遙遠星系中的超新星(即恆星爆炸)存在聯繫,但準確來源還是一個謎。波普拉維斯基認為:伽瑪射線爆發可能是另外一個宇宙在釋放物質,這些物質,也許通過那些星系中心的超大質量黑洞逃到我們的宇宙,雖然尚不清楚整個過程是如何發生的。

波普拉維斯基說:「這個概念有點兒瘋狂,但結果誰又知道呢?」

目前至少有一種辦法,可以驗證波普拉維斯基理論是否正確:宇宙中的一些黑洞旋轉,如果我們的宇宙誕生於一個同樣旋轉的黑洞,那麼宇宙應該繼承了這個「母宇宙」的旋轉特性。

據波普拉維斯基介紹,如果未來的實驗證明宇宙以其偏愛的方向旋轉,這將是支持他的蟲洞理論的間接證據。

物理學家表示,蟲洞理論或許還有助於解釋宇宙某些特徵源於理論預測的原因。根據標準物理學模型,在大爆炸以後,宇宙的彎曲度應該隨時間增加,所以在137億年過後,我們應該處於一個封閉、球形宇宙的表面。

然而,大量觀測數據表明宇宙四面八方都是扁平的。此外來自早期宇宙的光線數據表明,在大爆炸剛發生後,宇宙中一切物質的溫度都大體相同。

這意味著,我們在宇宙相反水平線看到的最遙遠天體,曾經距離我們的宇宙非常近,以致相互作用達到均衡,就如同封閉密室中的氣體分子一樣。觀測結果之所以再度與科學家的預測不相符,是因為在已知宇宙中,距離最遠的天體相隔如此遙遠,以致以光速在兩者之間旅行所花的時間超過了宇宙的年齡。

為說明這種差異,天文學家提出了膨脹概念。膨脹理論認為,在宇宙形成後不久,它經歷了一個快速成長期,在此期間,太空本身以快於光速的速度膨脹。

從微小黑洞到超大質量黑洞,可能都是通向其他世界的通道。
從微小黑洞到超大質量黑洞,可能都是通向其他世界的通道。(示意圖/圖片來源:Adobe Stock)

宇宙膨脹原因不明

膨脹在瞬間將宇宙從不到一個原子大,迅速拉伸至是原來大小的天文數字比例。宇宙因此顯得扁平,因為從我們的角度看,我們所處的球體無比龐大——正如對於站在一望無際田野上的人來說,球狀地球看上去扁平的。膨脹理論還能解釋如今相距遙遠的兩個天體,在過去距離非常之近,足以相互作用的原因。

但是,假設膨脹理論是正確的,天文學家總難以解釋清楚引起宇宙膨脹的原因。正是在這種背景下,新蟲洞理論誕生了。

據波普拉維斯基介紹,一些膨脹理論之所以宣稱宇宙膨脹是由「外來物質」引起的——這種科學家假設的物質不同於正常物質,一定程度上是因為「外來物質」被排斥,而非被引力所吸引。基於他的方程式,波普拉維斯基認為這種外來物質,可能形成於第一批超大質量恆星崩潰變成蟲洞的時候。

他說:「形成蟲洞的外來物質,和引發宇宙膨脹的外來物質之間可能存在某種關係。」實際上波普拉維斯基並不是科學界,提出其他宇宙存在於黑洞內的第一人。美國亞利桑那州立大學理論物理學家達蒙.伊森(Damien Easson),在以前的研究中也做出了這種猜測。

他沒有參與波普拉維斯基的最新研究,伊森在談到波普拉維斯基的方程式時說:「這一理論新鮮之處,在於提出廣義相對論中的蟲洞解決方案,即蟲洞充當了外部黑洞通向內部新宇宙的通道。在我們的研究中,我們只是提出這種方案可能會存在,但波普拉維斯基發現了真正的解決方案。」

蟲洞理論未解決宇宙起源問題

儘管如此,伊森稱,蟲洞理論依舊存在諸多疑問:「這一構想可能嗎?這種假設可能嗎?這我不清楚,但它肯定是令人感興趣的理論。」

伊森指出:量子引力(研究亞原子水平下的引力)的未來發展或能精進這些方程式,支持或反駁波普拉維斯基的理論。

美國加州大學戴維斯分校,物理學家安德烈斯.阿爾佈雷希特(Andreas Albrecht)表示:總體而言,蟲洞理論令人很感興趣,但在解釋宇宙起源問題上難稱突破。阿爾佈雷希特也沒有參與波普拉維斯基的研究。

他認為,蟲洞理論認為我們的宇宙形成於「母宇宙」噴射的物質,這只是將該創世事件過渡到另一個世界。換句話說,該理論未能說明「母宇宙」是如何形成的,以及它為何具有那些特性,即我們宇宙繼承的特性。

他說:「我們正嘗試解決一些確實緊迫的問題,目前尚不清楚這些問題是否能提供一個解決之策。」

阿爾佈雷希特並未覺得蟲洞理論比黑洞奇點理論離奇。他警告人們對新理論展開深究,因為它聽上去還有些道理。阿爾佈雷希特說:「在這個領域,人們提出的任何問題都十分離奇,你不能說不離奇的概念會贏得勝利,因為大千世界無奇不有!」


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