霍金预言黑洞长满“毛发” 黑洞真相揭秘

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放大字体  缩小字体 2018-03-29 02:57:57  阅读:9368+ 来源:本站原创 作者:蔡依林

虽然科学家们在宇宙中发现了无数个黑洞,但是并没有真正意义的接近过任何一个黑洞。黑洞太过危险,人们只能根据数据来分析黑洞的...

虽然科学家们在宇宙中发现了无数个黑洞,但是并没有真正意义的接近过任何一个黑洞。黑洞太过危险,人们只能根据数据来分析黑洞的特征。近日,霍金预言在黑洞内部存在着许多的“柔软毛发”,这个预言有多少可信度?

  近日,一项由霍金以及其剑桥大学同事马尔科姆·佩里(Malcolm Perry)、哈佛大学教授安德鲁-斯特罗明格(Andrew Strominger)共同发布的研究指出,“黑洞信息悖论”存在错误,黑洞可能拥有“柔软毛发”,当黑洞蒸发时携带信息逃逸出来。论文发表在一期的《物理评论快报》( Physical Review Letters)上,虽然研究结果没有完全解决“黑洞信息悖论”的问题,但指明了一种可能的研究方向。

  根据爱因斯坦的广义相对论,静止的黑洞由三项可观测的参数决定:质量、电荷和角动量。只要一个物体变成了一颗黑洞或者掉进了黑洞,除这三个物理量外的一切信息都会消失在黑洞的视界之中。物理学家约翰·惠勒(John Wheeler)用“黑洞没有毛发”来形容这一理论。

  1975年,霍金研究了一个黑洞附近量子物质的行为,结果表明黑洞并不是真正的黑色,黑洞辐射粒子,就像一个热的物体发出热量一样,被称为“霍金辐射”。如果没有物体持续掉入黑洞,通过这种“霍金辐射”的能量损失将导致黑洞质量减少并最终蒸发消失。这也引发了一个问题,存储在黑洞中的信息去哪里了呢?由于“霍金辐射”来自黑洞表面,霍金认为信息也将丢失。

  但是到了1990年代末,随着物理学的发展,特别是弦理论的发展,很多研究人员认为,掉入黑洞中的信息会在黑洞消失时逃逸出来,但是他们并不清楚信息如何逃逸。那么霍金最开始认为信息丢失的理论有什么错误的地方?这项霍金等人的研究提供了可能的答案。

  研究指出,让霍金得出“黑洞信息悖论”的两个基本假设有问题。第一个是量子引力中的真空是独一无二的,第二个是黑洞没有“毛发”。相反,他们认为黑洞所在的真空环境实际上不可能是完全真空的,而且黑洞中有“柔软毛发”——与低能量量子有关的“量子毛发”。

  这些低能量,甚至零能量的软粒子堆积在黑洞边缘,它能够捕获和储存从落入黑洞的粒子里获得的信息。这意味着虽然落入黑洞的粒子可能消失,但它们的信息将继续留存在视界边缘的这些“量子毛发”上。

  斯特罗明格在2014年研究另一个问题时受到了启发。他发现无穷多守恒律能管理引力子的散射。随后,在与学生进行的一项研究中,他发现这一结果也适用于电磁场。目前,他与霍金和佩里合作,将这一远见用到了黑洞中。在用方程式计算完毕后,斯特罗明格和霍金等人发现,在加入软粒子后,黑洞真空在能量不变的情况下,角动量会发生变化。

  但是斯特罗明格也指出,他们的论文并没有解决“黑洞信息悖论”。首先,必须针对引力场重新进行分析,而不仅仅是电磁场。他们正在努力尝试。初步计算表明,纯粹的引力情况下也能得到相似的结果。更重要的是,他们提出的柔软毛发或许并不足以捕获所有掉进黑洞的信息,也就无法解释当黑洞消失时,所有信息是如何恢复的,因为并不清楚是否所有的信息都可以被传输到柔软毛发上。然而,可以肯定的是,通过这项研究的路径,进一步的研究将揭开更多毛发类型,可能最终将解决“黑洞信息悖论”。

  不光是这些,人们对黑洞还有着许多的误解,下面就一起来看看,黑洞的十大真相吧。

  1.弹弓效应

  美国宇航局认为这幅图片展示了存在一个被弹回的黑洞的证据,由两个超大质量黑洞彼此相撞形成一个系统所致。这个系统拥有3个黑洞,产生所谓的“弹弓效应”。以超新星的形式爆炸时,恒星会留下一个巨大的残余并逐渐塌陷。这种塌陷意味着它们的体积越来越小,但密度不断增加,达到无限大,最终成为黑洞。

  

  2.双黑洞

  照片同样由钱德拉望远镜拍摄,展示了M82星系。这个星系拥有两个明亮的X射线源。美国宇航局认为照片中的这些点可能就是两个超大质量黑洞的“出发点”。研究人员认为黑洞在恒星耗尽燃料,燃烧殆尽后形成,自身的引力导致恒星塌陷并发生爆炸。恒星物质塌陷后的密度无限大,形成一个终极时空曲线。

  3.头碰头

  借助于爱因斯坦相对论确定的证据,科学家认为黑洞一定存在。专家们利用爱因斯坦对引力的认识得出黑洞拥有惊人引力这一结论。这幅图片所用的数据来自于钱德拉X射线望远镜的观测以及哈勃太空望远镜拍摄的一系列照片。宇航局认为图片中的两个黑洞相互旋向对方,这种状况已经存在了30年。它们将最终合并成一个更大的黑洞。

  

  4.万花筒般的色彩

  一幅伪色图片,所用数据来自于美国宇航局的斯皮策和哈勃望远镜,一个超大质量黑洞正向外喷射巨大的粒子喷流。宇航局表示,这个喷流的长度达到10万光年,体积相当于我们的银河系。万花筒般的色彩说明喷流拥有不同的光波。人马座A星系中央存在一个超大质量黑洞。宇航局认为这个黑洞的质量相当于40亿颗太阳。

  5.黑洞影响

  半人马座A星系内一个超大质量黑洞产生的影响。

  这幅照片由钱德拉X射线望远镜拍摄,展示了半人马座A星系内一个超大质量黑洞产生的影响。

  

  6.宇宙探照灯

  M87星系向外喷射电子流,电子流由一个黑洞提供能量。这些亚原子粒子以接近光速的速度移动,说明星系中央存在一个超大质量黑洞。超大质量黑洞是星系内质量最大的黑洞,M87星系的黑洞据信已经吞噬了相当于20亿颗太阳的物质。

  7.拖拽恒星气体

  艺术概念图,一个黑洞正在拖拽附近恒星的气体。黑洞之所以呈黑色是因为巨大的引力吞噬了光线。它们并不可见,研究人员需要找到相关证据,证明它们的存在。美国宇航局指出黑洞的体积大小不一,小的与一个原子相当,大的则相当于10亿颗太阳。

  

  8.婴儿黑洞出生

  美国宇航局最近宣布,他们第一次观测到附近一个星系内发生的黑洞“诞生”过程。这个黑洞由爆炸的恒星形成。据“探索新闻”报道,这个“婴儿”黑洞位于M-100星系,距地球大约5000万光年。这一发现让宇航局陷入兴奋之中,因为他们终于知道了一个黑洞的“出生日期”,进而让科学家对黑洞的研究达到一个前所未有的程度。

  9.类星体

  艺术概念图,展示了一个类星体。这个类星体位于一个星系中央,是一个超大质量黑洞,四周被旋转的物质环绕。类星体是处于早期阶段的黑洞,可能存在了数十亿年之久。它们据信在宇宙古代形成。由于被物质遮住,发现类星体并非易事。

  

  10.微类星体

  这幅图片展示了一个微类星体。微类星体据信是质量与恒星相当的小黑洞。如果掉入这个黑洞,你能够穿过黑洞的边界,也就是事件视界。即使尚未被巨大的引力碾碎,你也无法从这个黑洞的后部穿出,逃离升天。等待你的将是无边无际的黑暗,任何人也看不到你。黑洞之旅将是一个致命的旅程。如果一个人胆敢进入黑洞,他/她最终将被可怕的引力撕裂。

  此前,我们认为黑洞的吸引力是无穷大的,任何事物都会被它强有力的引力所吸引。看了以上内容,或许大家已经对黑洞有所了解,我们之前对黑洞有着不少的误解,随着数据的显示,一些鲜为人知的真相也逐渐被揭秘。