《星際穿越》和《三體》涉及黑洞,黑洞奇點問題,看霍金怎麼說?

2020-12-05 黑白少年

《三體》裡面有說過奇點,是在三體世界的科學家在對十一維的質子進行二維展開,經歷一系列的失敗後終於成功了。但是如果將十一維的質子展開成零維就是奇點。《星際穿越》中男主進入黑洞,並活著或者把黑洞數據給人類,得到準確引力。看看霍金先生對此類問題怎麼說吧!在《時間簡史》中是這樣說的:

1960年代,霍金開始研究黑洞奇點問題。所謂奇點,就是我們在數學上把0放在分母上出現的無限大情況。霍金和另一位英國物理學家彭羅斯在研究中發現,根據廣義相對論,黑洞裡必然存在這樣無限大密度的空間,這就是奇點。然而我們所有的物理學定律都處理不了無限大的情況,也就是說,人類已知的科學定律在奇點上是失效的。

黑洞無毛定理。

1971年,霍金證明了旋轉的黑洞必須是軸對稱的,其他科學家把這個證明發展成「黑洞無毛定理」。黑洞的性質僅僅由它的質量、角動量和電荷決定。不管形成黑洞的物質究竟是什麼,黑洞究竟是什麼形狀,黑洞都沒有複雜的性質。

黑洞面積不減定理。

只要有東西掉進黑洞,面積就會增加;如果兩個黑洞合成一個,那麼合併而成的新黑洞面積,就會等於或者大於原來兩個黑洞之和,也就是說,黑洞面積永遠不會減少,這被稱為黑洞面積不減定理。當兩個黑洞合併成一個大的黑洞,虧損的質量會以引力波的形式釋放到宇宙空間,傳遞到地球上,這就是引力波事件。

第四,黑洞不是黑的。

黑洞面積不減的性質,讓我們聯想到熱力學裡面熵增定律。在熱力學上,一個系統,如果沒有外力做功,它的混亂程度總是在增加的。這一類比意味著,黑洞如果具有熵,就會對應一定的溫度,因此具有輻射。

從量子力學的角度來看,我們所謂的真空,其實並不是真的空無一物,而是隨時會產生許多動態的正反粒子對,也就是量子力學允許存在一個過程,暫時從真空裡借出部分能量。當然能量不能無中生有,所以這樣的量子對,一個具有正能量,一個具有負的能量。而且它們只能暫時存在,從宏觀上看,它們的能量總和仍然是零。因此霍金提出,在黑洞附近產生的正反粒子對,也就是正負能量對,負能量粒子會落到黑洞裡面去,正能量粒子會逃逸出來,在我們看來,就會等效於黑洞具有這種形式的輻射。從這個意義上,霍金提出「黑洞不是黑的」。

小編強烈推薦此書,不僅讓人對宇宙的認識,也能開闊人的視野,還討論了科學與哲學。

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