每個宇宙都形成於奇點,宇宙會處於反覆的爆炸、膨脹與收縮循環中

2020-12-04 楓林推文天地

很多物理學家都認為黑洞的前身就是恆星,是恆星壽命終結時坍塌而形成的引力巨大的天體,也就是說,黑洞的物質密度要大於原子核中的物質密度。如果說黑洞是巨大恆星坍塌的結果,那麼黑洞本身的質量應該很大,但是在一個巨大的黑洞裡,平均密度卻和水差不多。

科學家可以從黑洞的外部進行測量,進而了解由萬有引力產生的黑洞的質量以及黑洞的旋轉速度。但是卻無法進入黑洞內進行測量與觀察,因為構成黑洞表面的視界會把所有物質吞噬掉。假如科技允許我們的太空人接近黑洞,並有幸跨越了具有強大吞噬力的視界,那麼太空人能夠成功進人到黑洞內部嗎?恐怕很難。因為太空人很有可能會被遇到的巨大重力和潮汐力所吞噬。那麼,黑洞內的潮汐力具體體現在什麼地方呢?

如果太空人作為一個自由落體進入黑洞,假設他是腳先進入黑洞的,那麼在太空人還沒有來得及感受重力的時候,其腳部就會被強大的重力拖拽住,而且速度很快,就好像是一塊麵團拉成了細長的麵條一樣。同時,黑洞本身所具有的吸引力還會把所有進入黑洞的物質擠向黑洞的中心點,這個時候被拉成麵條的太空人又被揉成了麵團。這一拉伸與擠壓的過程,實際上就是潮汐力在起作用。

例如,地球上的水由於受到月球的影響,從而出現潮汐力,具體表現就是把地球上的水翻來覆去地折騰,海水一會兒激起千層浪,一會兒恢復平靜。而黑洞中的潮汐力十分巨大,相當於地球重力的十倍左右。在大質量的黑洞內,如果太空人能夠僥倖通過視界的吞噬力,那麼他會感覺到像乘坐飛機起飛時的那種感受,這就是質量大的黑洞所具有的潮汐力。但是,這是否就意味著太空人平安無虞了呢?

物理學家認為,這只是白費力氣的努力罷了。因為太空人就算躲過了潮汐力的撕扯,在幾分鐘的時間內,就會跌入到黑洞的中心部位,也就是奇點上。由於奇點的密度和時空扭曲率無限大,所以太空人依然會被巨大的潮汐力撕扯著,被拉成麵條,再被揉成麵團。如果一個質量特大的黑洞是由均勻物質所組成的,那麼這個黑洞在各個方向上的物質都會是相同的,並且會在自身重力的影響下發生坍塌,就好像坍塌星球的情況。

這種坍塌為奇點的形成奠定了基礎,最終黑洞的中心就會出現奇點。總的來說,經過重力作用坍塌的物體最終必然會形成一個奇點。但是如果黑洞不是由均勻物質構成的,那麼黑洞還會坍塌並形成一個奇點嗎?如果不會形成一個奇點,那麼太空人就有可能進人到黑洞內部,而不會被奇點巨大的潮汐力撕扯成碎片。假設有這樣一個黑洞,它是由上億個像太陽一樣的恆星所組成,其內部非常凌亂且複雜。

那麼,是不是就具有以下可能性:假如粒子不會發生碰撞而是擦肩而過,而組成星體的粒子就會以某種方式跳人到雲團狀的物質之中,最終跳出引力中心。愛因斯坦的相對論告訴我們,上述的可能性是存在的。重力會扭曲時空,在扭曲的時空中,光束不再是直線,而是沿著彎曲的軌跡進行傳播。黑洞的重力很大,那麼從黑洞內的任意一點所發出的光束都會發散。如果光線在一個足夠大的重力場內,那麼光線就會被扭曲,並朝相對的方向彎曲而折回,就像穿過一個透視鏡一樣。

也就是說,光線會匯聚到自己原來的位置並且在某個點上重聚。如果真的是這樣,那麼就會有光線或是某個光線的一部分逃出黑洞。這樣也就印證了粒子跳出黑洞引力中心的可能性。如果這種情況真的出現在黑洞內,那麼就意味著黑洞表面的視界內的某個部位必然會產生奇點。當然,這個奇點與物質均勻的黑洞坍塌形成的奇點並不完全相同。這樣一來就說明了,即使在物質不均勻的黑洞內,也會產生奇點。

只是這個奇點的位置並不在黑洞的中心,而是在視界的某個部分而已。這個奇點會使接近無窮大的潮汐效應發生,也就是說,在黑洞內無窮大的重力會將物質和光子擠壓到不復存在。史蒂芬·霍金認為,如果愛因斯坦的相對論是正確的,那麼我們現在所看到的宇宙一定是奇點的大爆炸產生的,而宇宙的膨脹也與奇點密切相關。霍金的這種觀點導致了一種有關宇宙起源與終結理論的出現。

這種理論認為,我們的宇宙會不斷地進行收縮,最後形成一個奇點。而這個奇點會在某種狀態下發生爆炸,爆炸之後會產生一個宇宙,而這個宇宙會不斷地進行膨脹與收縮,最終還會形成一個奇點。於是我們的宇宙就會處於反覆的爆炸、膨脹與收縮循環中。

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