霍金在臨終前回答的問題,黑洞裡面是什麼?

霍金認為宇宙中的某些事實也許比任何科幻小說家的瘋狂想法還要奇特,比如黑洞。這是目前已知宇宙中發現的最奇特的天體黑洞,早在被證實很久以前就被人提出了。這個人就是約翰·米歇爾,他在1783年,也就是愛因斯坦出生的前96年就提出關於黑洞的猜想。

霍金在臨終前回答的問題,黑洞裡面是什麼?

他提出如果有人向天上發射一顆子彈,那麼這顆子彈最終會由於引力而減速並回落到地球,但是當這顆子彈的速度大於11公里每秒時,地球的引力將無法將子彈拉回,這就是地球的逃逸速度。宇宙中各個天體由於質量不同,逃逸速度都不同,而光卻可以輕易逃離任何天體,因為它的速度是如此之快。

那麼,如果宇宙中有一種天體的質量足夠大,密度足夠小,那麼它表面的逃逸速度會比光速還大。連光都無法從這個天體逃逸,所以這個天體我們是看不到的,米歇爾稱之為“暗星”。這顆“暗星”具備一些我們完全想不到的物理特性,但是他的這一理論在當時太過超前,沒有人去深入研究。

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直到100多年後,德國科學家卡爾·史瓦西在一戰停戰的戰壕中。利用愛因斯坦的方程大質量恆星的精確解,重新發現了米歇爾提到了“暗星”,宇宙中的星體質量達到一定程度後。就會形成這樣的魔球,任何東西經過他都會被他吸入,包括光線。

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史瓦西計算了這個魔球的半徑,如果把太陽壓縮到三公里大小的一個球體,或者把地球壓縮到半徑約一釐米的玻璃彈珠的大小,那麼太陽和地球就會變成這樣的魔球,這個半徑就叫做石瓦西半徑。到了1967年,約翰·惠勒把這個天體叫作黑洞,這個詞是如此的新穎,以至於很快就流行開來。

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而霍金對黑洞是充滿興趣的,他投入了大量的精力來研究黑洞,在黑洞周圍有一個被稱為事件視界的邊界,可以看作是一種時空界限,在這個地方引力剛好強到足以將光線拽回來,防止它逃逸。

這就有點像你乘坐獨木舟穿越一個河流,在你前方正好是一個大瀑布,如果你離瀑布較遠,那麼你只要快速向反方向划槳離開就可以逃脫,但如果你離瀑布較近,一旦你進入到瀑布的水流範圍,你就無法逃脫。

如果你駕駛一艘飛,一旦進入到黑洞的事件視界,你就會變成一根義大利麵,被逐漸拉長,拉近黑洞,而且拉伸的速度之快以至於你可以在一瞬間看到你的後腦勺。

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只是在事件視界外面的人是看不到你跌進去的場景,因為外部的觀察者只會看到你的飛船越來越慢,圍繞的黑洞旋轉直到逐漸消失。

當所有人都認為黑洞只會吸收物質而從來不釋放時。霍金卻在1974年發現,黑洞似乎也在以橫定的速度向外發射粒子,這就是霍金著名的

黑洞蒸發理論

,也是他關於黑洞最大的貢獻。

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而量子力學的研究也說明了整個宇宙空間充滿了成對的虛粒子和反粒子。當虛粒子其中的一個被黑洞吸收時,另一個就會逃逸到無限遠,這就是黑洞表現了向外噴發了輻射。

很多人想知道穿越黑洞會到達哪裡?根據現有的觀測,黑洞中心是一個奇點,它是引力和質量坍塌的極限形成的,這個奇點是所有物理理論崩潰的地方,而且它和宇宙形成初始的奇點是否具備同一性質,霍金並不知道。如果想知道這個問題,我們需要找到一個小型黑洞,那麼我們在瑞士建造的大型強子對撞機(LHC)讓兩速粒子加速的接近光速,然後對撞就有可能製造出一個極其微小的黑洞,那麼這個黑洞將為我們研究真正的黑洞提供很多幫助,也許會是人類有史以來最重大的發現。

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那麼,黑洞存在的意義是什麼?假設我們的宇宙時空是完全平坦的,這就像是你來到了一片一望無際,沒有任何特色的沙漠,你往任何方向望過去都是一樣的,你感到絕望,但是這個時候,突然你的前方出現了一座綠洲,一灘湖泊,甚至是一隻駱駝,那麼這個沙漠就會顯得不同,方向感和不對稱性就有了。

霍金在臨終前回答的問題,黑洞裡面是什麼?

時空也是如此,你往其中放入任何一個東西,都會產生引力,黑洞就像是宇宙中的綠洲,給我們指引方向,霍金相信黑洞是我們理解宇宙的重要一環。期待未來的人類可以藉由黑洞來理解我們的宇宙和所有的一切。