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03 黑洞的特征 Characterizing Black Holes(第4页)

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此外,有相当多的理论证据表明,虫洞形成后不会长时间保持稳定。

为了让虫洞持续开放,我们可能需要大量的具有负能量的物质,而所有常规物质都具有正能量(这与引力通常总是吸引这一事实有关)。

穿过虫洞的常规物质就足以使虫洞不稳定,然后破坏它,使其变成一个黑洞奇点。

图11 一个连接两个独立的时空区域的虫

如果虫洞确实存在,并且可以维持一段合理的时间长度,那么它们将具有一些令人惊讶且匪夷所思的特性。

虫洞不仅可以提供一种在广阔的空间中任意穿梭的捷径,而且可以让旅行者及时返回。

于是人们就可以构造在时空中循环的闭合的类时曲线,曲线上的光锥会形成一个环(参见图12)。

这就像在电影《土拨鼠之日》中那样,沿着闭合类时曲线行进的人将会简单地一遍又一遍地重复同样的经历。

图12 一个封闭的类时循环,你的未来将成为你的过

事实上除了虫洞之外,还有许多爱因斯坦场方程的解具有这种令人担忧且违反直觉的性质。

1949年,数学家库尔特·哥德尔(KurtG?del)发现了一种描述旋转宇宙的解,其中包含的闭合类时曲线与《土拨鼠之日》的循环完全相同,这些曲线在无尽循环中反复穿过同一个事件(显然“自由意志”

不是场方程的一部分)。

克尔解中有描述事件视界之外的时空的部分,我们认为这在现实世界中是具有真正物理意义的。

与此同时,克尔解在数学上关于事件视界内的部分是合理的,但目前还不清楚其是否具有任何物理上的相关性。

在克尔解的这一部分中,奇点不是一个点(在非旋转黑洞中是一个点),而是快速转动的环的形状(不过其现实有效性还仅限于推测)。

这种环状奇点被闭合类时曲线所包围。

在这样的曲线上,你的未来也是你的过去,理论上你有可能在你的父母出生之前谋杀你的祖父母!因此,闭合类时曲线的存在让与时间旅行相关的各种悖论成为可能。

对此一种可能的解决方案是承认我们没有将量子力学(描述非常小的物体)和广义相对论(描述非常重的物体)联系起来的理论,也就是我们没有量子引力理论。

我们不知道极重却极小的物体的物理特性。

大多数物理学家认为我们需要这种理论,才能充分理解非常接近奇点的地方的时空特性。

因此,或许爱因斯坦场方程的这些奇怪的解并不真正存在于宇宙中,因为它们被基本的量子力学性质所禁止。

例如,量子效应可能会使虫洞不稳定。

斯蒂芬·霍金(StephenHawking)认为情况确实如此,并将这一原则称为“时序保护猜想”

他讽刺道:这是可以保证宇宙免于历史学家侵害的基本原则。

旋转黑洞的内部有许多事情都在我们对基础物理的理解极限之外,因此我们很多描述都是高度依赖推测的。

相比之下,黑洞的旋转及其对周围环境的影响,对于理解我们用望远镜所看到的东西具有巨大的现实意义。

因此,接下来我们将更加详细地考虑当物质落入黑洞时会发生什么。

[1] 原文为“spinisasiableirophysicalblackholesasitisi-daypoliti一词有“自旋”

和“倾向性报道”

两个意思。

[2] 此处为abadhairday的双关,hair可以指黑洞的参数,而abadhairday是指不愉快的一天。

[3] 进动是指旋转物体在外力的作用下,自转轴绕某一中心旋转。

[4] 即克尔得到的旋转黑洞的度规。

[5] 能层英文为ergosphere,其中sphere的意思是球面。

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