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想来场星际穿越般的超空间旅行?旋转黑洞可以当门户
  • 叶子
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  • 2019年01月22日 09:11

以黑洞为门户、前往另一个维度、时空或宇宙是科幻作品中最受欢迎的场景之一。而这种幻想也许比我们之前预想的更接近现实。黑洞大概是宇宙中最神秘的天体之一。它们是濒死恒星在引力作用下发生无限坍缩的产物,这一过程最终会生成真正的奇点,即整个恒星被压缩到一点上时,便会成为一个密度无限大的物体。

奇点密度极大、温度极高,相当于在时空面上钻了一个洞,或将使超空间旅行成为可能。也就是说,我们可以在时空中走一条捷径,从而在短时间内实现宇宙尺度的移动。

研究人员此前认为,任何宇宙飞船要想将黑洞作为时空旅行的门户,都必须应对大自然最狰狞的一面。奇点的高温和密度将使宇宙飞船经历一系列的痛苦,在潮汐作用下,宇宙飞船会被不断拉长、压缩,直到最终化为蒸汽、烟消云散。

但麻省大学达特茅斯分校与佐治亚格威内特学院组成的一支研究团队发现,并非所有黑洞都“生而平等”。例如,假如银河系中央的人马座A黑洞体积很大、且不断旋转的话,进入其中的宇宙飞船就会面临完全不同的局面。因为该黑洞中的奇点非常温和,可以让宇宙飞船平稳通过。这是由于从理论上来说,旋转黑洞内部的奇点很“弱”,因此不会对与之发生相互作用的物体造成破坏。

这个事实乍看上去似乎与直觉相悖。但我们可以用日常生活中的经历来打个比方:如果让手指从蜡烛的火焰中央快速通过,尽管火焰温度可能高达2000摄氏度,但手指并不会被烧伤。

20多年来,物理学家高拉夫•肯纳(Gaurav Khanna)和里奥•博科(Lior Burko)一直在研究黑洞的物理原理。2016年,肯纳带的博士生卡洛琳•马拉利(Caroline Mallary)受克里斯托弗•诺兰的电影《星际穿越》启发,试图验证电影中主角库珀(马修•麦康纳饰演)是否能在坠入黑洞Gargantua的过程中存活下来。按电影中的设定,Gargantua是一个快速旋转的超大质量黑洞,质量约为太阳的1亿倍。(电影《星际穿越》以诺贝尔奖得主、天体物理学家基普•索恩(Kip Thorne)所著的一本书为蓝本,黑洞Gargantua的物理性质是整部电影情节的核心。)

以物理学家阿莫斯•奥里(Amos Ori)20年前所做的研究为基础,再加上自身强大的计算机能力,马拉利建立了一套计算机模型,能够模拟宇宙飞船、或任何大型物体落入大型旋转黑洞后受到的主要物理影响。

结果发现,在各类条件下,落入旋转黑洞中的物体在穿过黑洞中所谓的内部视界奇点时,都不会受到无限大的影响。不仅如此,在合适情况下,这些影响甚至可以小得忽略不计,物体可以相当平稳地通过这一奇点。事实上,落入黑洞中的物体也许根本不会受到显著影响。这样一来,我们利用大型旋转黑洞进行超空间旅行的可行性便大大提高。

马拉利还发现了一点此前未受充分重视的特征:在旋转黑洞中,奇点会使落入其中的宇宙飞船不断受到拉伸或压缩,且这一周期会越来越快。但对Gargantua这类超大黑洞而言,这种影响的强度却很小。因此,宇宙飞船和乘员都不会感受到这种影响的存在。关键在于,这些影响的强度并不会无限制地增加。事实上,其强度是有限的,尽管随着宇宙飞船接近黑洞、所受压力通常会无限增大。

马拉利的模型中做了几点关键的简化假设,在此需予以提及。其中的关键假设是,该模型考虑的黑洞完全与外界隔绝,因此不会受到附近引力源的持续干扰,甚至不会受到任何辐射影响。虽然这一假设将情况简化了许多,但必须指出的是,大多数黑洞都被尘埃、气体、辐射等宇宙物质所围绕,远没有这么简单。因此,马拉利的工作自然还需要做进一步延伸,在更真实的黑洞背景下开展类似研究。

马拉利利用计算机模拟分析黑洞对物体的影响,这在黑洞物理学界是一种很常见的做法。我们显然不具备在黑洞中或黑洞附近开展实验的能力,因此科学家必须借助理论和计算机模拟,才能展开预测、做出新发现,进而丰富我们对黑洞的了解。

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文章出处:新浪科技

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