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我们是否有可能利用扭曲时空的黑洞?

进入黑洞会带来一些安全隐患。但我们能否从远处利用它扭曲时间的能力呢?

作者:Conor Feehly
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一大团物质正在旋转着落入一个超大质量黑洞。图片来源:NASA/JPL-Caltech

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想象一下,在未来,人类已经建造了能够以光速的很大比例进行旅行的先进飞船。科学家们也已经意识到,在我们的银河系附近有一个巨大的黑洞——现在已经触手可及。

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当一支研究团队聚集起来前往黑洞时,一个奇特的问题可能会脱颖而出:“如果我们直接飞进去会怎样?”

目前,这个假设的场景仍然很遥远。然而,只要我们对黑洞有所了解,科学家们就一直在思考,在事件视界——黑洞的边缘,代表着“不归点”,在那里甚至连光都无法逃脱这个奇特天体的引力——之外隐藏着什么秘密。


延伸阅读:人类会超越光速吗?


黑洞时间机器

传统观点,即爱因斯坦的广义相对论(目前最棒的引力理论),预测黑洞中心存在一个奇点。这是一个密度无限的点,位于我们正常时空之外。

然而,奇点的预测并不一定意味着它的存在。奇点往往出现在我们理解的边界——比如黑洞内部和大爆炸——以及广义相对论和量子力学相交的地方。

另一方面,致力于将量子力学与广义相对论相结合的理论家们认为,黑洞中心可能发生了其他事情:物质和能量可能不会形成奇点,而是被吸入,然后在遥远的未来被吐出。

是的,没错,一个时间机器。有点像。

视角的全部:圈量子引力

在他们2018年的论文中,来自宾夕法尼亚州立大学和路易斯安那州立大学的研究人员采用了圈量子引力理论。该理论认为时空是量化的,意味着存在一个最小的单位,再也无法分割。

研究人员认为,黑洞中心附近时空的强曲率延伸到了未来,其结构类似于白洞,或者说是黑洞的逆过程。“奇点自然地被圈量子引力的量子几何效应所解决,”作者写道。

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从我们在黑洞外部的视角来看,物质和能量不断地落入其中——因为周围的时空被极度扭曲。但从黑洞内部一个人的视角来看,物质和能量会进来然后弹出去。

不过请记住,就相对于宇宙中其他事件的时间而言,这个反弹事件可能需要数十亿甚至数万亿年才能发生。

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延伸阅读:黑洞听起来是这样的


黑洞内部

载人飞船能否在这种反弹中幸存下来,这是一个棘手的问题。任何飞船——以及上面的乘员——都可能会经历一个被称为“意大利面化”的过程。当跨越黑洞的事件视界时,物质会被拉伸成一根长长的意大利面,甚至可能只是一串原子。

无论是飞船还是人类,在这种折磨中幸存下来的可能性都极小。而且,当你出来的时候,情况也可能再次发生——只是方向相反。

因此,对于未来对黑洞时间扭曲特性感兴趣的科学家来说,最好的办法是保持在黑洞相对较近的轨道上,从外部利用其时间膨胀的特性。

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时间流逝变慢

爱因斯坦的广义相对论的一个预测是,你离大质量物体越近,时间流逝得越慢。这意味着,与在山顶相比,在海平面上时间流逝得更慢,因为在海平面上你离地球的巨大核心更近。

当然,在这个例子中,时间流逝的差异可以忽略不计。但如果你在一个绕着巨大黑洞运行的飞船上,那么时间膨胀效应将是相当显著的。

例如,你绕黑洞运行一年,而在地球上可能已经过去了十年。只是要小心,不要离事件视界太近。


延伸阅读: 什么是时间旅行的祖父悖论?

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  • Conor Feehly

    Conor Feehly 是新西兰的科学作家,他撰写关于天文学和神经科学等广泛主题的文章,并关注科学与哲学的交叉领域的研究。他拥有奥塔哥大学科学传播硕士学位。Conor 是《Discover Magazine》的常客,他的作品也出现在《New Scientist》、《Nautilus Magazine》、《Live Science》和《New Humanist》等刊物上。

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