千万不要相信教科书,即使是那些伟大的科学家写的教科书。诺贝尔物理学奖得主、美国物理学家史蒂文温伯格在一九七二年出版的巨著《引力与宇宙学》中,称黑洞是“高度猜测性的”,他写道“在宇宙中任何已知物体的引力场中都没有黑洞”。
但他完全错了。
几十年来,射电天文学家们其实一直都能探测到物质落入黑洞之前发出的信号,只是他们自己没有意识到而已。今天,我们有很多证据表明天空中布满了黑洞。
白洞可能正在重复着同样的故事。白洞本质上是黑洞的反面。在另一本著名的教科书中,世界领先的相对论理论家、美国物理学家鲍勃沃尔德写道:“没有理由相信宇宙中存在白洞”,而百思特网且这个观点至今仍主宰着天文学界。但是世界各地的几个研究小组,最近已开始研究量子力学为白洞的形成开辟一条道路的可能性。天空中可能也布满了白洞。
黑洞的中心到底在发生什么?
假设存在白洞,一个显而易见的好处是,它可以解决一个历史遗留问题:黑洞的中心到底在发生什么?我们看到大量物质在黑洞周围盘旋,然后掉进去;所有掉进去的物质穿过黑洞的“视界”——即连宇宙中跑得最快的光一旦越过也无法返回的界线——径直往中心坠落,然后呢?没有人确切地知道然后。
我们目前对引力最好的描述是爱因斯坦的广义相对论。广义相对论预言,落入黑洞的物质最终会集中在一个密度无限大的中心点。这个点称为奇点。奇点是对现实世界的终结:因为奇点体积为零,万物在空间上化为乌有;时间本身也停止了。但这个预言是不可靠的,因为要描述黑洞的中心,广义相对论已经力不能及。在这里,引力是如此强大,以至于量子效应不再能忽略。为了理解这里发生的事情,我们需要一个引力的量子理论。
●在圈量子引 力理论中,时 空本身有最 小的单位。
量子理论在解决这类涉及“无限大”或“无限小”的问题上是有经验的。譬如在二零世纪初,经典物理学曾预言绕原子核运行的电子是不稳定的,它们的能量会无限地小下去(因为按经典物理学,运动的电荷要发射电磁波,从而损失能量),最后电子会打着转掉进原子核里。这个预言与实际情况不符。量子理论则阐明了这种现象为什么没有发生:因为原子核外的能量轨道就像田径跑道一样,不是连续的,而是分立,电子只能在这些分立的轨道上运动,而在同一个分立轨道上运动的电子不会发射电磁波;只有当它从一个分立轨道跳跃到另一个分立轨道(这叫“量子跃迁”),它才发射(或吸收)光子,损失(或获得)能量;而且在这些轨道里,有一个最低能量的轨道,电子不可能降得比它还低,从而掉进原子核里面去。
量子效应同样可以阻止黑洞内部密度无限大的奇点的形成。在这种情况下,正如圈量子引力理论(一种发展中的量子引力理论)所预言的,是时空本身的量子化发挥了作用。在圈量子引力理论中,时空本身也是量子化的,空间和时间都有最小的单位——虽然非常小,但毕竟百思特网不是零。所以,黑洞的中心不可能无限小,密度也不会变得无限大。坠落到中心的物质被挤压成超级致密的状态,称为“普朗克星”,但不会比这更致密的了。然后呢?然后,物质可以做坠落结束后通常会发生的事情:反弹。
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