終於看見黑洞!但什麼是黑洞 ?科學家並沒有統一的答案

2021-02-25 原理

黑洞的形狀再次證明了愛因斯坦的理論是正確的!

這一成果的背後飽含著無數科學家的智慧與心血,它將黑洞研究帶入了全新的時代。

在過去的幾天,我們已經從方方面面對黑洞進行了探討(詳見:《黑洞的奇異性》、《拯救時間之箭》、《悖論照亮黑洞》、《當數十億顆恆星坍縮》、《一條尖叫的魚帶來的啟示》),卻唯獨沒有探討一個眾人都以為知道答案的基本問題:

什麼是黑洞?

或許你會想,黑洞肯定有一個非常明確的定義吧,畢竟在物理學的許多領域中,黑洞的理論工作都佔據著這些研究的中心位置,所以對黑洞的定義怎麼可能還有任何的不確定性呢?

的確,黑洞(以及模擬黑洞)是幾乎所有物理學領域理論研究的對象,從光學到固體物理學,超流體到普通流體力學,熱力學到高能粒子物理,天體物理學到宇宙學,經典到半經典,或是量子引力理論;它們當然也是大部分天文學觀測工作的中心課題。

從天文角度而言,我們一般認為黑洞會不可逆地吞噬掉所有進入它影響範圍內的物質和輻射。從物理角度看,黑洞是由奇點的存在而定義的,它是空間中的一個區域,被「事件視界」包圍束縛著。在視界這一邊界以內,質量與能量密度都變得無限大,使得通常運作良好的物理學定律在此處不再適用。

哲學家Erik Curiel在不久前發表於《自然-天文學》期刊上的一篇文章提到,科學家並沒有對這種奇異的「奇點」狀態給出一個精確且一致的定義,因此黑洞的定義仍是一個難以捉摸的難題。

在《懺悔錄》中,聖奧古斯丁有一句著名的話:「那麼時間是什麼呢?如果沒有人問我,我知道它是什麼。如果我想要向某個問我的人解釋,那我就不知道了。」時間如此,黑洞亦是如此。我們有理由相信,在詢問黑洞是什麼之前,大多數物理學家是知道黑洞是什麼的,直到被詢問定義的時刻。

Curiel向不同領域的物理學家提出了這個問題。令人震驚的是,我們不僅能看到他們給出的多種多樣的答案,還震撼於這個問題所能引發的困惑和思考。以下是部分來自不同領域的研究者給出的回答:

對於物理學家給出的不同定義,Curiel得出的結論是,黑洞定義的多樣性是一個積極的信號,因為這使得物理學家能夠從多種物理學視角來解釋這個現象。然而,我們應該對不同分支間的差異具有更深更廣的認識,這樣才能有助於我們更有效地利用這種多樣性。

從18世紀末,英國自然哲學家約翰·米歇爾第一次提出「黑洞」的概念以來,我們已經歷經了兩百多年的思考與探索。黑洞至今依然是宇宙中最神秘的天體。對黑洞的不斷探索,或許終將幫助我們揭開宇宙中更深層的秘密,也將帶領我們找到一條通往終極理論的道路。

參考來源:

https://www.nature.com/articles/s41550-018-0602-1

▼ 擴展閱讀:《黑洞之書》(點擊「閱讀原文」進一步了解)

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