霍金提到的黑洞真的存在。我们真的能穿越它吗?

黑洞是绝对存在的,但穿越其中的物体将不再是“以前的自己”。

当超大质量恒星即将进入生命末期,耗尽内部所有能量时,它会以不可阻挡的力量向内坍缩。在恒星表面逃逸速度达到光速的那一刻,黑洞正式诞生。

由于黑洞的强大吸引力,我们看不到任何东西从黑洞中逃脱。另外,如果你观察一个离它很远的黑洞,你根本看不到黑洞的内部,光线也不可能通过黑洞的活动视界进入其中,而只能漂浮在那个视界之上。下一刻,我们一看到离黑洞最近的光,就被吞噬了,所以即使拼命睁眼,也比不上黑洞的力量。

最终目的地——时空奇点。

问题随之而来:恒星落入黑洞后会发生什么?也许它会被迫卷入某种复杂的运动,向下旋转到黑洞的终点,然后以某种特殊的方式重新出现。《奥本海默》不这么认为。他认为一个点金黑洞中的所有物质确实会卷入某种运动,但其内部的坍缩会一直持续到物质密度达到无穷大,相应的,时空的曲率也会变成无穷大。科学家称那个点为时空奇点,但无法进一步讨论更深层次的解释。

牛顿在这一点上犯了难,爱因斯坦的理论解释不了道理。这些时空奇点的存在给物理学家提出了一个基本问题。而且,如果真如爱因斯坦所说,我们就不得不思考,现有的黑洞模型是否必然代表在这种极端环境下,落入黑洞的恒星遵守广义相对论。

障碍

其实很多时候,一个物体的坍塌是可以逆转的,就像我们给一个物体很大的压力,通常只有两种结局:要么压死,要么弹回来。换句话说,时空的奇点是否也可以逆转,前提是压力足以抵抗这种坍缩力。

但是任何人都不可能进入黑洞去看看时空奇点到底能承受多少,甚至我们怀疑它的承受能力是无限的。在科学家眼里,时空的奇异性是一个障碍,它把时空的延伸分隔到无限的未来。落入黑洞的恒星无论在哪里被捕获,最终都去了同一个地方。

关于这个位置,有一个特殊的定理来表示。初始柯西曲面:当每一条终止与P的因果曲线延伸过去足够远时,总会遇到这个点。

崩溃的极限。

1931年,钱德拉塞卡做出了一个预言,超大质量恒星可能会在演化的最后阶段发生灾难性的坍缩。这来源于他在研究类似白矮星这样的小而致密的恒星时,发现让白矮星保持下去的是电子简并压力,这种压力可以组织电子拥挤在一起。如果加上广义相对论计算,以这种方式抵抗黑洞引力的恒星应该有一个质量极限,大约是太阳质量的1.4倍。换句话说,质量较小的恒星可能不太可能坍缩成黑洞。

就像太阳的演化一样,有足够的科学证据证明,太阳到了最终状态会变成红巨星。因为太阳的最终质量还没有达到那个极限,它也会坍缩,只是变成白矮星。但如果一颗恒星刚好超过那个极限(1.5倍太阳质量),就会形成中子星。

中子星有时表现得更像脉冲星,但这种恒星也应该有一个极限。而如果它的原恒星具有相当大的质量,很可能在最后时刻爆发的物质不够多,留下的核心将无法保持中子星的状态。它会在某个节点演化成黑洞。

结论。

对于坠入黑洞的恒星,它经历了什么样的复杂运动,人类并不完全了解。事实上,黑洞内部可能比我们想象的要极端得多。黑洞的力量可以聚集星系中心附近的所有恒星,事件视界中的空间足以容纳数百万颗白矮星。所以我们只能担心那些没掉进黑洞的星星,但这也没什么帮助。

无论如何,目前的情况完全可以支持黑洞的存在。虽然没有什么东西被黑洞“吐出来”,但一些科学家收到了黑洞发出的无线电波。仅这一点就给我们带来了两种可能性:

落入黑洞的恒星在经历某种复杂的运动后,最终会以无线电波的形式逃离黑洞。

无线电波与恒星落入黑洞无关。

科学家宁愿相信第一种观点,但还是要回到主题上来。黑洞存在的直接证据是它没有有形的表面,只有通过黑洞捕获恒星时才能看到;落入黑洞的恒星一定经历了某种复杂的运动,因为从来没有恒星完全从黑洞中出来过。这种复杂的运动给科学家带来了巨大的难题,秘密直到现在也没有被揭开。