霍金認為黑洞並不黑,被吸入黑洞深處的物質和信息或可釋放出來

宇宙千年tm 發佈 2022-07-21T04:52:09.069585+00:00

1783年劍橋大學學監約翰.米歇爾在《倫敦皇家學會哲學學報》發表文章,指出宇宙中存在質量非常大的恆星,當恆星的質量非常巨大時,強大的吸引力會連光線都不能逃逸。

暗星與黑洞之謎

1783年劍橋大學學監約翰.米歇爾在《倫敦皇家學會哲學學報》發表文章,指出宇宙中存在質量非常大的恆星,當恆星的質量非常巨大時,強大的吸引力會連光線都不能逃逸。

任何從這顆恆星表面發出的光,在還沒有到達遠處前就會被強大的引力吸引回來。

米歇爾認為,人類所能觀察的天空星星之所以閃閃發光,是因為光線粒子脫離了引力範圍抵達地球的緣故。

當恆星的質量足夠巨大後,強大的引力使光線粒子再也無法脫離星體,因此就變成了一顆暗星。這是人類第一次提出宇宙中可能存在暗星的概念。

但是米歇爾在計算暗星形成的條件時產生了新的迷惑,他認為這麼大密度的東西根本不可能存在。

因此,米歇爾儘管提出了存在暗星的可能,但無法得出確實存在的結論。直到150年後,米歇爾的困惑才被美國物理學家、原子彈之父羅伯特.奧本海默破解。

奧本海默繼承並發展了愛因斯坦的廣義相對論,提出了一個新理論,認為恆星死亡將產生黑洞。

他認為,一個質量為太陽幾十倍的恆星,會以一場大爆炸結束生命,爆炸後的恆星殘骸將向星體中心坍縮。這時,星體的密度將急劇增大,其質量要遠遠大於米歇爾計算的結果,黑洞便由此而生。從此,黑洞理論取代了暗星的概念。

但究竟黑洞是怎樣形成的?是一種什麼樣的天體?當時無人知曉。

1964年,天文學家觀測發現,在銀河系中心區域天鵝座的頸部有強烈的X射線噴射而出。但無論怎樣觀測,在這個區域都沒有發現恆星的存在。既然不存在恆星,又有什麼能發出如此強烈的X射線呢?

幾年後,天文學家在放射線源附近發現有一顆質量超過太陽30倍的恆星,這顆恆星圍繞著射線源周邊的一種隱形天體,以五六天環繞一周的驚人速度旋轉著。

科學家們意識到,能吸引這麼大一顆恆星環繞其快速旋轉的隱形天體,一定也有著巨大的能量。因此,人們得出一個結論,這可能就是黑洞。

但究竟是不是黑洞,當時學術界也存在很多爭議。其中,持不同意見的科學家就有史蒂芬·霍金,後來霍金認識到他的判斷是錯誤的,承認這的確是一個黑洞。這就是人類在銀河系中心發現的第一個黑洞,被命名為天鵝座X-1。

20世紀70年代,霍金投入了大量精力研究愛因斯坦的廣義相對論,在探討宇宙是否存在一個大爆炸奇點時,他把黑洞定義為「不能逃逸到遠處的事件集合」。

霍金對黑洞的定義被人們廣泛接受,由此也引發了人們對黑洞探索的濃厚興趣和更高的熱情。

當然,此時人們並沒有真正揭開黑洞的神秘面紗,在此後出現的一系列科幻小說或影視作品中,通常都把黑洞描繪成能吞噬一切的怪物,進一步強化了黑洞的恐怖感和神秘性。

人們對黑洞的認知,在很長一段時間停留在科幻片塑造的形象上,認為黑洞就是吞噬周圍一切的怪物。

但是,隨著觀測技術的發展,天文望遠鏡的成像清晰度不斷提高,使人們對宇宙太空的了解更加深入,對黑洞的認知也提升到一個新的層次。

美國洛杉磯加利福尼亞大學的天文學家安德里亞.蓋茨教授,曾用「自適應光學系統」的天文望遠鏡拍下了銀河系的清晰圖片,並通過多年跟蹤觀測,發現了銀河系一個直徑超過900萬公里的超大黑洞。

蓋茨教授的發現,顛覆了人們對黑洞的傳統觀點。在很長一段時間,人們普遍認為黑洞是由恆星坍縮形成的,其體積一般都不會太大,比太陽大幾百萬倍或十幾億倍的黑洞是人們難以想像的。銀河系超大黑洞的發現,在一定程度上改變了人們的宇宙觀。

截至目前,天文學家已經觀測發現了近百個黑洞,並且認識到黑洞是伴隨著宇宙誕生,或因恆星死亡核燃料燒盡後坍塌形成的。

科學家們一致認為,人類已經發現的黑洞是極其有限的,宇宙中客觀存在的黑洞數量遠不只這些。

據霍金推測:「幾乎可以肯定,黑洞的數量遠比這多得太多了!……我們還有某些證據表明,在我們星系的中心有一個大得多的黑洞,其質量大約是太陽的10萬倍。」(《時間簡史》,湖南科學技術出版社,2013年1月第1版,第124頁)。

隨著天文物理理論和觀測技術的迅猛發展,人們逐漸認識到銀河系不是唯一有超大型黑洞的星系,在其它星系的中心,同樣也存在超大型黑洞。這就為科學家們提出了一個新的命題,黑洞與星系的形成究竟是什麼關係?

為此,有人提出了一種新的觀點,認為黑洞是星系形成的原動力。黑洞就像一粒種子,靠吞噬恆星及周圍氣體和星塵,提供自身所需的營養。

在強大的引力下,星系裡靠近黑洞的恆星會被撕得粉碎,所有氣體和恆星都會旋轉著被吸入黑洞,隨著能量的積累黑洞將不斷成長壯大。

在經歷數千萬年或數億年的活躍期後,黑洞將逐漸停止吞噬恆星和氣體,進入一種休眠狀態,此時便會以黑洞為中心形成新的星系。

經過長期的觀測和分析研究,有科學家提出了黑洞從休眠狀態復甦的可能性。

認為當星系發生碰撞時,位於中心位置的黑洞將從休眠中甦醒過來,並逐漸合併形成一個新的黑洞。

儘管人們對復活後的黑洞究竟能發揮什麼作用還不清楚,但有人認為在黑洞合併的過程,從星體噴射出的氣體將有助於新星的誕生。

因此,至少從目前人類已掌握的知識來看,黑洞從宇宙誕生就與星系如影隨形,很可能與星系的形成乃至於新星的誕生都存在著某種必然聯繫。

但是,截至目前對黑洞的探索還僅僅局限在依據廣義相對論的計算和局部的太空觀測上。

究竟黑洞是什麼?是怎樣形成的?在宇宙的創生與發展中扮演著什麼角色?學術界仍存在很大的爭議。以至於霍金在2014年1月發表的一篇題為《黑洞的信息保存與氣象預報》的論文,幾乎引起了天文物理學界的大地震。

霍金是在黑洞理論研究領域,最具權威的近現代數學家和天文物理學家之一。

上世紀70年代,霍金曾依據愛因斯坦的廣義相對論通過計算得出結論,認為黑洞在形成過程中其質量在不斷減少,同時以能量的形式向外界發出輻射。

霍金這一學說,贏得了學術界的高度評價和認可,也因此被命名為「霍金輻射」理論。

但是,實際上霍金的這個理論提到的黑洞輻射,並沒有涉及黑洞內部物質的任何信息。

這就意味著,一旦這個黑洞濃縮並蒸發消失後,所有進入黑洞的信息都將隨之消失,這便是所謂的「黑洞與信息悖論」。

霍金的這一理論,顯然是受愛因斯坦的影響。愛因斯坦認為,信息從我們這個宇宙中消失似乎是不可避免的。

因此,霍金認為把任何東西扔進黑洞,它所攜帶的信息就永遠丟失了,將無法再找回來。他甚至與不同觀點的科學家打賭,堅信進入黑洞的信息絕不會泄露到黑洞外面,誰要是輸了,就給贏者一本容易提取信息的百科全書。

若霍金的這個觀點真能成立,無疑將對破案專家們增添無盡煩惱。事實上,從量子力學的角度分析,信息永遠都不可能真正消失。

正如有些明星和公眾人物,出於隱私保護隨時從計算機或手機上刪除一些私密信息,自以為別人將無從知曉。但結果很快這些信息就被公諸於世,成為人們街頭巷尾的熱門話題。

究其原因,就是無論什麼介質保存的信息,一旦存在就不可能真正消失,信息會像幽靈一樣飄蕩在宇宙的某個角落,即使被黑洞吞噬也遲早會有還原信息的那一刻。

從近幾年在全國開展的反腐倡廉行動看,被打掉的很多「老虎」都曾經是位高權重,或在某一領域、部門獨領風騷的人物,他(她)們之中很多人都曾僥倖的認為自己的行為非常隱秘,不會容易被人察覺。

事實上,只要你私慾的大門開一點小縫,貪婪的魔鬼就會帶著負能量信息進入私慾的黑洞。如同宇宙中的黑洞吞噬星體一樣,私慾的黑洞可以吞噬理智和良心。當理智和良心被黑洞捲入某個「奇點」或被撕碎,這些負能量信息遲早會暴露於陽光下。

民間有一句俗語「人在做,天在看」,或許就是對這一因果關係的最好解釋。

時隔30年,霍金關於黑洞不能泄密的理論發生了逆轉。他通過對早期的公式進行重新計算,認為如果有書這樣的物體掉進黑洞,可能會對黑洞的發射場產生干擾,書中的信息會被編碼到輻射中,以另一種形式將信息泄露到宇宙內。

這段時期,霍金的觀點已經發生了非常大的變化。在2004年7月21日召開的「第17屆國際廣義相對論和萬有引力大會」上,霍金公開表示,黑洞並非像他及很多科學家過去認識的那樣,吞噬其周邊所有的一切。

此時,他已經修正了過去的觀點,認為被吸入黑洞深處的物質的某些信息可能會在某個時候釋放出來。

又時隔10年,霍金於2014年發表的「黑洞並不黑」的觀點,被媒體誤讀為他推翻了自己創造的黑洞理論,承認「黑洞根本就不存在」。此事,在學術界引起了一陣軒然大波。

事實上,霍金在《黑洞的信息保存與氣象預報》一文中闡述的觀點並非是對「黑洞理論」的完全否定,而是基於最新的研究成果對過去觀點的補充和修正。

霍金認為黑洞可能存在一個明顯的「地平線」,黑洞內部出現的量子漲落使得黑洞如同一個「灰色地帶」,物質和能量在進入黑洞後,還會被重新釋放到宇宙中。因此,他認為黑洞並不黑,稱之為「灰洞」可能更確切。

毫無疑問,黑洞是近現代天體物理學最神秘且最具挑戰性的一個領域。

由於無法直觀地觀察黑洞內部結構,所有對黑洞的理論和觀點基本都是建立在推論和假設上。

但是,無論從廣義相對論還是量子力學的角度,似乎都能證實黑洞的客觀存在。特別是通過天文觀測,已確認宇宙存在暗能量和暗物質。

因此,有人認為宇宙不僅存在暗能量黑洞,而且有可能就是這些暗能量黑洞奠定了星團和星系形成的基礎。

同時,科學家認為恆星坍縮也可能形成物理黑洞,這些由恆星坍縮形成的物理黑洞或許正是新星誕生的原動力。

總之,黑洞之謎無疑對人類思想、智能及傳統的世界觀、人生觀和價值觀提出了嚴峻挑戰。未來隨著黑洞的神秘面紗被層層剝開,人類現實世界必將面臨一次全方位的革命。

從已掌握的信息可知,黑洞與星系的形成以及新星的誕生可能存在著某種密切關係。因此,那些能夠孕育生命的星球也必然會與黑洞有關。

當人類徹底揭開黑洞之謎的那一天,也就是真正掌握了打開宇宙大門鑰匙的時刻。那時候,相信人類的世界觀、人生觀和價值觀也將隨之發生質的飛躍。

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