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通俗講黑洞到底是什麼

生活 更新时间:2024-12-25 03:37:14

黑洞,是宇宙中最詭異的天體,詭異到我們如今已知的物理定律都無法準确描述它。2019年天文學家終于拍攝到了人類曆史上第一張黑洞照片,雖然不能近距離地觀測研究黑洞,但根據現有大自然法則,科學家可以去猜想黑洞可能的存在方式。

通俗講黑洞到底是什麼(或許是對黑洞本質最通俗的解讀)1

比如說,科學家們發現,黑洞不僅僅會吞噬一切靠近的物體,甚至可能删除我們的宇宙!

如今我們所說的黑洞,通常指的是恒星類黑洞,也就是超大質量恒星在走向死亡的過程中向内急劇坍縮形成的黑洞,黑洞中心的奇點密度溫度無限高,體積趨于無效小,時空在那裡完全消失不見。

通俗講黑洞到底是什麼(或許是對黑洞本質最通俗的解讀)2

每個黑洞都存在事件視界,一旦靠近事件視界,任何物體想要逃脫都變得無比困難,理論上當無限靠近事件視界時,隻有光速才能逃脫,而一旦越過事件視界,萬事萬物都無法逃脫,哪怕光也不行。事件視界就是時空的分界線。

黑洞的事件視界對于我們來講是一個神奇的存在,在研究事件視界的過程中,科學家們發現在事件視界附近,有一些詭異的存在:霍金輻射。

通俗講黑洞到底是什麼(或許是對黑洞本質最通俗的解讀)3

黑洞會通過“霍金輻射”極其緩慢地損失質量,慢慢蒸發。

蒸發的過程非常緩慢,比如說,一顆太陽質量大小的恒星,即便是過了10的50次方年,也僅僅蒸發掉黑洞質量的0.000000.1%。但不管多麼漫長,時間會讓一切都“被遺忘”,最終黑洞也會蒸發完畢。

那麼問題來了,如果黑洞蒸發完畢,消失不見了,它吞噬的物體信息哪裡去了?難道黑洞會删除信息嗎?

在科學家眼裡,信息是最基本的存在,比我們看到的實體物質更本質的存在。比如說碳原子按照不同的組合方式就能得到不同的物質,煤炭或者鑽石。都是碳原子,為什麼能形成不同的物質呢?就是因為信息不同!

而如果往碳原子裡添加其他原子,就可能得到香蕉或者其他東西,甚至能得到動物。

可以這麼說,一旦失去了信息,萬事萬物都會表現出相同的形式。所以,科學家認為信息比物體更加堅不可摧,物體可能會消失,但物體的信息是不可能消失的。

舉個例子,用火燒掉一張紙,隻剩下一堆灰燼,你認為紙張就消失了嗎?非也!

如果你能收集掉紙張在燃燒過程中釋放出來的氣體,水蒸氣,甚至能量等物質,然後再重新組合起來,最終就能複原紙張。雖然現實中很難做到,但是理論上是可行的。這是因為紙張的信息是不會消失的。

通俗講黑洞到底是什麼(或許是對黑洞本質最通俗的解讀)4

如此看來,黑洞吞噬物體,然後完全蒸發掉,看起來信息也消失了,這就出現了一個悖論:信息悖論,黑洞信息悖論。

如何解釋這種悖論呢?目前來看有幾種猜測:

首先,信息沒有消失,有可能被隐藏了起來。這種觀點認為黑洞有可能分離成子宇宙,“消失”的信息其實來到了子宇宙,并沒有真的消失,而我們幾乎沒有可能與子宇宙有任何互動。這就好像一個壞了的U盤,U盤裡有你的相片,由于U盤壞了無法讀取,沒有什麼存在價值了,但你不能否認U盤裡照片的信息仍舊存在。

第二,信息确實沒有消失,但或許是科學家研究的方向有誤,結果就很難發現看起來“消失”的信息。科學家并不知道黑洞如何處理物體的信息,對黑洞的了解還非常有限,或許黑洞以某種人類不知道的方式把物體的信息儲存起來了。

第三種可能,信息或者真的永久消失了,這看起來違反了我們已知的物理定律,但誰又能肯定我們已知的物理定律是完全正确的呢?或許存在着更高級的大自然法則,完全颠覆我們傳統認知的大自然法則。

但是更多的科學家認為,黑洞吞噬物體的信息并沒有消失,而是以某種方式儲存起來了,儲存在黑洞的事件視界上,這種觀點叫做“全息原理”。霍金輻射的過程有可能把這些信息都帶走了,信息本身并沒有消失。

通俗講黑洞到底是什麼(或許是對黑洞本質最通俗的解讀)5

這種全息原理表現為“全息投影”,通俗理解就是,在二維平面上編輯出來的三維影像信息,就像信用卡上的全息影像一樣,本身是二維的,但看起來是三維圖像。黑洞把所有物體的信息都編碼在二維的事件視界上。

更深層的理解就是,如果有人生活在黑洞内部,他體驗到的是三維世界的生活,但在黑洞外部的人來看,三維世界的人隻是黑洞事件視界上的二維影而已。

如果真的如此,這種二維三維之間的轉換也适用于我們的宇宙,那麼多麼瘋狂!

因為那将意味着,在黑洞内部生活的人,根本不會意識到自己隻是二維平面上的編碼而已,我們有可能隻是宇宙邊界的二維影像罷了!

通俗講黑洞到底是什麼(或許是對黑洞本質最通俗的解讀)6

真的細思極恐!

雖然科學家對黑洞的研究還非常有限,但在冥冥之中,黑洞或許是通常宇宙本質的一把鑰匙!

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