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关于黑洞《星际穿越》有哪些未解之谜?-未解之谜穿越

-|分类:未解之谜|2017-03-21 15:05:43|-

在日常生活中,我们是有自由意志的,你可以朝南走,也能朝北走,坐飞机朝上走也没问题。这就是人的自由度,也是生命的意义所在——当然这种自由度并不是在任何时空区域都可以发生的。比如,人类一旦进入黑洞,就会失去自由意志,黑洞一定会把人吸进黑洞的中心。

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在《星际穿越》这部传世之作的最后,电影情节是这样的:

在飞船燃料所剩无几的情况下,库伯决定去黑洞内部看一看,在经历了一系列痛苦挣扎以及飞船炸裂后,库伯来到黑洞的内部,然后他穿过黑洞内部的奇点,到了五维时空,一下子就豁然开朗了,那里是一个世外桃源。

这真的可能发生吗?其实,这些已远远超出了现今的物理学理论。

从严谨的学术角度出发,我们首先要了解一下,黑洞到底是什么?在本文作者的一本关于相对论的书《相对论通俗演义》中,对黑洞的定义有如下等式:

黑洞=视界 奇点

视界是黑洞的表面,就好像西瓜皮包围西瓜瓤一样包围了整个黑洞,视界到黑洞中心的距离r=2M,其中M是黑洞的质量。在这个半径之内,就是黑洞的内部。黑洞的内部是一个单行道,任何东西只能进,不能出。

黑洞的中心,那叫做“奇点”。奇点那里的曲率是无限大,能量密度也是无限大。在几何意义与物理意义上来说,无限大的东西不属于时空本身——无限大的数值都是非物理的,在这里广义相对论已经失效。为了准确描述奇点,我们需要一个叫作“量子引力”的完整理论,可惜现在还没有这样一个理论,这也许就是电影里库伯的女儿墨菲后来研究出来的那个理论吧。这是电影中第一个未解决的问题。

在相对论学术界,还有另外一个与黑洞有关的未解难题,那就是能不能从几何的角度来证明宇宙监督猜想:上帝厌恶裸奇点,所有黑洞的奇点都必须被视界包围。霍金将这个问题形象地说成:为什么所有女人都穿着内裤,裸女不存在?——这是第二个未解决的问题。

在电影中,库伯进入黑洞内部后,撞上了奇点后就进入了五维时空。编剧为什么要安排他进入五维时空,然后再朝外传递信息呢?因为编剧深深地知道,黑洞内的信息是不能传递到外界的——这就是黑洞量子力学的“信息困境”(术语叫作破坏量子力学幺正性)。为什么会产生这个困境呢?这是第三个未解决的问题。

以上三个问题,只要能解决任何一个,都是对黑洞研究的巨大突破。


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神农架有什么未解之谜 未解之谜穿越 宇宙未解之谜 相关解释
黑洞:黑洞是现代广义相对论中,宇宙空间内存在的一种天体。黑洞的引力很大,使得视界内的逃逸速度大于光速。 1916年,德国天文学家卡尔·史瓦西(Karl Schwarzschild,1873~1916年)通过计算得到了爱因斯坦引力场方程的一个真空解,这个解表明,如果将大量物质集中于空间一点,其周围会产生奇异的现象,即在质点周围存在一个界面——“视界”一旦进入这个界面,即使光也无法逃脱。这种“不可思议的天体”被美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒(John Archibald Wheeler)命名为“黑洞”。 “黑洞是时空曲率大到光都无法从其视界逃脱的天体”。(电磁波)也逃脱不出。 黑洞无法直接观测,但可以借由间接方式得知其存在与质量,并且观测到它对其他事物的影响。借由物体被吸入之前的因高热而放出和γ射线的“边缘讯息”,可以获取黑洞存在的讯息。推测出黑洞的存在也可借由间接观测恒星或星际云气团绕行轨迹取得位置以及质量。 科学家最新研究理论显示,当黑洞死亡时可能会变成一个“白洞”,它不像黑洞吞噬邻近所有物质,而是喷射之前黑洞捕获的所有物质。
奇点:奇(qí)点,是宇宙大爆炸之前宇宙存在的一种形式。它具有一系列奇异的性质,无限大的物质密度、无限弯曲的时空和无限趋近于0的熵值等。科学家证明在广义相对论的宇宙学中,“奇点”是不可避免的,均匀各向同性的宇宙是从“奇点”开始膨胀的。1970年,英国理论物理学家霍金等人提出“奇点定理”,证明当把广义相对论应用于宇宙学时,就必然会出现“奇点”,不仅大尺度宇宙会出现“奇点”,而且超大质量的恒星濒死时的引力塌缩的最终结局也是“奇点”(此“奇点”指黑洞,与奇点有类似特性)。另有一些学者认为,广义相对论中“奇点”的不可避免,可能是广义相对论局限性的一种表现。爱因斯坦说:“人们不可假定这些方程对于很高的场密度和物质密度仍然是有效的,也不可下结论说‘膨胀的起始’就必定意味着数学上的奇点。”有一种推测认为,宇宙演化的开端,也许就没有“奇点”。例如温伯格(Steven Weinberg, 1933— )说:“宇宙从来就没有真正达到过无限大密度状态。宇宙现在的膨胀可能开始于从前的一次收缩的末尾,当时宇宙的密度达到了一个非常高的,但仍然是有限的密度。
无限大:
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