太空人墜入黑洞時會發生什麼?相對論與量子力學給的答案截然相反

2020-12-13 量子科普

大家好,歡迎收看量子科普第86期,我是常常,今天和大家聊一聊關於當太空人墜入黑洞時,究竟會發生什麼事?

黑洞是宇宙中一種體積極小,但是質量極大的天體,黑洞的體積究竟可以小到什麼程度呢?理論上是1.6 × 10^-35 米,這是普朗克長度,也是在物理學中有現實意義的最小長度,由於黑洞極大的質量,導致黑洞擁有驚人的引力,他去可以將所有的物質都吸入黑洞之中,就連光都無法從中逃出去,天文學家曾經做出過這樣一個假設:如果當太空人不幸墜入黑洞時,將會發生什麼事情呢?當然,距離地球最近的一個黑洞也是在人馬星A座,大約有26000光年的距離,我們根本不可能在現實中去做這個實驗,所以,這個假設只是一個理論實驗,但針對於這個理論實驗,愛因斯坦提出的相對論與量子力學給出的答案卻截然相反。

再講這個問題之前,需要先給大家普及一下事件視界是什麼意思,由於光會被黑洞吸進去,所以我們無法通過光反射的方式來觀察黑洞,所以黑洞的引力就形成了一種時空分隔區域,這個時空分區域的邊緣就是事件視界,在事件視界以外,觀察者無法利用任何物理方法獲得事件視界以內的任何事件的信息,事件視界也是從黑洞發出的光能夠運動的最遠距離。

愛因斯坦的相對論認為:如果太空人不幸墜入黑洞,當太空人被引力吸入事件視界之內時,太空人並不會感到有什麼特殊的反應,太空人只不過是被囚禁在事件視界中了,究竟事件視界會將太空人囚禁多久?無法估計,因為在黑洞中,時間、空間已經完全被扭曲,但始終會有這麼一天,事件視界會消失,黑洞中被囚禁的太空人會以另一種形式被釋放出來(霍金輻射),只不過黑洞這種向外釋放物質的方式,可能人類無法辨認,也就是等到太空人被釋放出來的時候,太空人是否還是太空人?這是一個未知數。

而根據量子力學的觀點來看,黑洞強大的引力會導致黑洞周圍的量子漲落更加劇烈,這會使在黑洞的事件視界之內會形成一個清晰的分界線,這道分界線就想一堵可以焚盡任何物質且不留一絲痕跡的火牆一樣,當太空人碰上這堵牆時,太空人將瞬間被焚成灰燼。

對於相同的一個問題,相對論與量子力學給出的答案竟然截然相反,其背後反映的本質是解釋宏觀高速世界的相對論與解釋微觀量子領域的量子力學無法相融的問題,而黑洞中那堵火牆是否真的存在?美國加利福尼亞大學聖巴巴拉分校的史蒂夫·吉丁斯已經建立了一個簡單的黑洞模型,在史蒂夫·吉丁斯的這個黑洞模型中,史蒂夫·吉丁斯已經提出了如何避免出現火牆的結論,但這個結論成立的前提是:在微觀量子領域中,信息的傳播速度可以穿越光速。

可是一旦這個前提成立,現代物理體系的絕大部分規律將瞬間崩塌。

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