黑洞之旅:科学家头大如斗!真的还有白洞吗?
  • sillybird
  • 2022年10月09日 21:20
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【目的地“M87星——超大质量黑洞”】

有没有想过来一次黑洞之旅?

依据现在科学技术和理论,我们还到不了黑洞,也没有人敢进入黑洞。

但这不妨碍科学家们展开想象的翅膀,来一次虚拟的黑洞之旅。

这次的目的地,科家们选择了“M87星”,M87星系中心的超大质量黑洞 。这个黑洞也是科学家第一次所拍摄黑洞照片的主角。

M87星对科学们来说是一个很好的目标,因为其一:它很近,距离地球5500万光年(相对于那些动辄几十亿光年远的星系,5500万光年的确是很近了);其二:它很活跃,它还在觅食中。

黑洞之旅:科学家头大如斗!真的还有白洞吗? 人类所拍摄的第一张黑洞照片,照片主角就是M87星

从照片中可见,星系中雕刻出一个巨大的洞,一个数千光年宽的无恒星空洞。

M87星是已知质量最大黑洞之一,质量约为太阳的65亿倍,是银河系中心的超大质量黑洞人马座A星的1500多倍。

现在假设有一艘宇宙飞船,正向着M87星快速的飞去。

在距离M87星数千光年远的地方,就能看到一个明亮的能量轴。这是一股致命的辐射流,从星系中如喷气引擎一般喷射而出。这个喷射流看起来就像探照灯发出的光束。

黑洞之旅:科学家头大如斗!真的还有白洞吗? M87星的喷射流

在这些喷射流中,有“绳结”和团块,它们表明这个喷射流并不平稳。

它是猛烈的能量推动。这些“绳结”和团块沿着光束移动,显示了喷射流的速度。

黑洞之旅:科学家头大如斗!真的还有白洞吗? 喷射流中“绳结”和团块

通过计算,它们的速度达到了光速的99.999995%。要把整个喷流加速到那个速度,所需要的能量是非常惊人的。

超大质量的黑洞周围环绕着一圈超级热的气体和尘埃,它被称为吸积盘,比太阳亮十亿倍。

巨大的明亮气体漩涡围着黑暗的空间旋转着,以每小时超过320万公里的速度运行。如此快的速度就会产生巨大的摩擦,这就是使圆盘升温的原因,也是使圆盘发光的原因。科学家认为吸积盘的强大能量,是喷射流的来源。

炽热、旋转的气体和尘埃产生了强大的磁场,当圆盘旋转时,它会扭曲黑洞两极的磁场并构建能源。最后,磁场不再能容纳这么多的能量,它们就会喷射到星系中。即使离飞船有许多光年远,也能看到这种剧烈的能量释放。

当这些喷流从超大质量黑洞向外喷射时,喷流的路径上并非是虚无的空间,如果一束喷流撞上了气体云,它就会将其湮灭,它会在上面打个洞。

就像一列火车在雪地上行驶,气体云就像是雪,而喷流就是那辆在上面翻越的货运火车。每个超大质量黑洞产生的喷射流,所经过之处就会造成巨大的破坏。

飞船继续向着M87星飞去并进入危险的区域,离超大质量黑洞越近,就越危险。当飞船接近M87星系的中心核心时,强大“风”开始冲击飞船。这些风还会使得M97星系恒星的诞生猝灭。

M87星系是一个有着12万光年宽的巨大的椭圆星系。这意味着,当飞船从边缘到内部飞行时,会看到越来越高的恒星密度。这个巨大的星系包含了几万亿颗恒星,但是它们几乎都是一样的颜色。

如果你在这艘虚拟的飞船上,你会发现,你的天空到处都布满了无数的红色光点。这些光点大多是小而长寿命的恒星,叫做红矮星。

之所以M87星系充满了这些红矮星,是因为,那些蓝色和黄色的恒星都已经爆炸并消失了。而剩下的那些是质量较小的红矮星,它们可以存活数百亿年的时间。

这意味着M87星系已经很久没有产生恒星了,所以它的恒星大多是红色的。科学家们把这些主要由红色恒星组成的星系称之为红色死亡星系。

M87星系之所以很久没有产生新的恒星,这和M87星周围明亮的吸积盘产生的强大的“风”有直接的关系。正是它们扼杀了恒星的诞生,将正常形成恒星的气体推开,有效地熄灭星系中恒星的形成,使其逐渐走向消亡。

由此可见,超大质量黑洞可以决定星系中恒星的形成,它可以帮助调节星系中气体的数量,从而控制星系中形成恒星的数量。

虽然M87星与它周围浩瀚星系相比很小,就像拿一颗葡萄和地球的大小相比较,但它竟然能控制着它的宿主星系,对整个宇宙的历史产生如此深远的影响。这就是黑洞能量的绝佳例证。

【M87星为何如此巨大】

飞船继续前进,现在飞船已经穿越了M87星系数千光年,但它的超大质量黑洞仍然很遥远。

黑洞之旅:科学家头大如斗!真的还有白洞吗? M87星超大质量黑洞看似很近,其实还是很遥远

M87星可能看起来很小,但它的质量是太阳的65亿倍。

那么它是怎么变得这么大的呢?这个至今还是一个很大的谜团。但有一点是知道的,与星系的大小密切相关。越大的星系就有越大的黑洞。

要了解M87星是如何变得如此之大的,就必须研究其星系的历史。当科学家们观察M87星系时,发现M87星系非常巨大,是已知宇宙中最大的星系之一。它是最亮的椭圆星系之一。

通常认为,像M87星系类似质量的星系要小得多,但M87却膨胀得很大。那么是什么让恒星分散地如此之大呢?

星系不是静止的,每个星系都在运动,有时星系非常接近会相互作用。“相互作用”是描述极端野蛮事物的一种婉转方式。事实上,这个“相互作用”就是星系正在与其他星系碰撞。它们正在吞噬较小的星系,或者彼此撕裂。

所以星系就会增长,星系中同类相食的现象很常见。也许M87星系吞噬了它的邻居。那么科学家们是如何知道的呢?

既然星系曾经过发生过碰撞或吞并,那么必定会有干扰迹象。就像把石头扔进水池就会产生涟漪一样。

当星系合并时,它们就可能会留下一个突出的残留物,就像行星状星云。行星状星云是明亮的信标。通过挑选这些行星状星云,并以极高的精度绘制出星系。

黑洞之旅:科学家头大如斗!真的还有白洞吗? 行星状星云

科学家们选出了300个不同的发光点,这些点是蓝绿色的,证实了它们是行星状星云。它们就像鹤立鸡群一样引人注目。星云的运动与M87中的恒星不同,这表明它们形成于一个更小、更年轻的星系,而不是M87星系。

行星状星云的发现表明,在过去10亿年的某个时刻M87吞噬了一个较小的星系。这个星系离M87星系太近了,M87星系强大的引力吸引了较小的星系,并将其拉得越来越近。M87星系把这个小星系拉了过来并把它整个吞了下去。

剧烈的合并史解释了M87星系是如何变得如此巨大。每一次事件都带来了数百万颗恒星,碰撞还释放出巨大的引力,将恒星像五彩纸屑一样散射开来。

在这样的碰撞之后,恒星可能会比以前分散10到100倍。一些碰撞将恒星抛向四周,同时也改变了整个星系的形状。这会使星系变得更加膨胀,逐渐把它变成光滑的、无特征的椭圆形状。

M87星系,是一个椭圆星系的事实表明了它是有多个超大质量黑洞合并的事实,这就是M87星能够获得如此巨大质量的原因。

【两个超大质量黑洞真的会合并吗?】

根据现有的物理学理论认为,两个超大质量黑洞很难会合并。当星系合并时,它们中心的超大质量黑洞会彼此靠近。它们向新形成星系的中心往下沉,当超大质量的黑洞向星系中心俯冲时它们穿过了,恒星区和气体云。

它们不只是相互碰撞,它们会相互向对方挺进。所以它们会将恒星分散到各处,它们越靠近彼此,它们围绕彼此运行的速度就越快。所以事情变得越来越混乱和疯狂,在所有的混乱中,奇怪的事情发生了,超大质量黑洞不再彼此靠近。

科学家称之为最后的秒差距问题,那么到底发生了什么?为什么会“抛锚”?

最后一个秒差距问题发生在两个超大质量黑洞非常接近的时候。此时它们已经耗尽了帮助它们合并的材料,即星系中的那些恒星和气体。

如果没有足够多的材料可以与黑洞相互作用,它们需要比宇宙年龄更长的时间来失去足够的能量来合并,所以黑洞在这最后一秒差距的距离中实际上停止了彼此接近。

两个超大质量的黑洞将在永恒的宇宙舞蹈中锁在一起,距离很近但永远相隔。

然而这个结果显然与观察事实不符,M87星系的确吞噬的其他许多星系,那些星系都有超大质量的黑洞。然而,在我们的旅行中,我们并没有看到很多超大质量黑洞,除了这一个——M87星。

所以合并确实发生了,但怎么发生呢?问题出在哪里?

2019年,科学家们从一个名为NGC 6240的星系获得了一条线索。这个特殊的星系看起来像是一次巨大的星系碰撞后的产物。

黑洞之旅:科学家头大如斗!真的还有白洞吗? NGC 6240星系

那里有任意方向和速度的任意星团,它们都混在一起了,这就是科学家们认为的星系在大规模合并后的样子。

科学家们在这个星系的中心发现的不是两个而是三个巨大的黑洞。这表明在最近的历史中有三个星系发生过碰撞。

所以,当这个新的星系开始存在这对停滞的黑洞时,它会带来了它们的第三个超大质量黑洞。

这另一个超大质量的黑洞扰乱了这个系统,使得星系中心的东西变得非常不稳定。

第三个超大质量黑洞的引力从失速的黑洞中窃取轨道能量,从而将它们推得更近。它就像一个小偷,从这个双黑洞系统中拿走了一些转动能量。

当两个超大质量黑洞失去轨道能量时,它们终于走到了一起。最有可能发生的事情是,最小质量的超大质量黑洞被喷射出去,剩下的两个很快就合并了。

高速合并只会持续几毫秒,但它会引发巨大的爆炸。当这些巨大的黑洞合并时,在这个过程中释放的能量比我们整个星系在数十亿年的过程中释放的能量还要多。

黑洞之旅:科学家头大如斗!真的还有白洞吗? 超大质量黑洞的合并

所以,M87星可能以同样的方式与其他超大质量黑洞进行合并。即第三个黑洞,帮助它克服了最后的秒差距问题。

【超大质量黑洞的引力死亡区】

随着飞船越来越接近M87星,任务变得越来越危险。飞船进入了超大质量黑洞周围的引力死亡区。

任何不知情的恒星如果靠得太近,就会被拉伸、撕裂,形成宇宙中最大最亮的光秀之一。

最近,天文学家在PGC 043234星系中发现了一个非常明亮的耀斑。耀斑的亮度是太阳的1000亿倍,如果这发生在我们星系的中心,它会非常明亮,我们在白天都可以看到它。

当科学家们第一次看到这个闪光时,第一反应就是“又一颗超新星”。但它看起来一点也不像超新星,它没有明确的特征,不像一个典型的超新星。在最初的闪光之后,还有更小的闪光在重复。

如果是在超新星中杀死了一颗恒星,就不可能像这样重复。有趣的是,它大约每130秒闪烁一次,闪光持续了450天。

黑洞之旅:科学家头大如斗!真的还有白洞吗? PGC 043234星系中不断重复的闪光

当天文学家仔细观察这个星系时,他们发现这个事件发生在星系中心,那里有一个黑洞,质量是太阳的一百万倍。没错,他们观察到的是一种极其罕见的现象,一种潮汐干扰事件。

这是天文学家第一次捕捉到黑洞吞噬恒星的行为。在PGC 043234星系中,一个超大质量黑洞附近,一颗恒星离得太近了。当这颗不幸的恒星靠近黑洞时,黑洞正在旋转,而这颗巨大黑洞周围的引力非常之强,它能够把这颗恒星给撕扯开。

恒星靠近黑洞的一侧比恒星的另一侧感受到的黑洞引力要大得多。另一侧离黑洞更远,于是就会把恒星拉伸,恒星被拉伸成一个巨大的长臂,并被困在旋转的黑洞周围不断绕行。

黑洞之旅:科学家头大如斗!真的还有白洞吗? 超大质量黑洞正在拉伸、撕裂恒星

旋转的恒星碎片就会增加黑洞圆盘辐射的输出并发出一束连续的光,我们的望远镜在圆盘每次旋转到那个点时,就会接收到这种辐射。这就像每130秒就能看到灯塔发出的光束,这些闪光是一颗濒死恒星的最后脉冲。

这些闪光揭示了超大质量黑洞的宽度和旋转速度。通过计算,这个中心超大质量黑洞大约比地球宽300倍。它每两分钟旋转一次,以光速的一半旋转,超过4.8亿公里每小时。

科学家目前还不知道M87星的旋转速度,但知道吸积盘以每小时320万公里的速度旋转,这个发光的光环,宽数百光年。

现在就在我们飞船的正前方就是宇宙中最令人敬畏最致命的地方之一,而我们正朝着它直奔而去。在穿越星系的长途跋涉之后,我们终于在星系中心看到了巨大的超大质量黑洞——M87星。

我们面前有一道炫目的强光,这是吸积盘,一个由热气体和尘埃组成的环。M87星的吸积盘非常明亮。它的事件地平线,在5500万光年外的地球上,望远镜拍摄到了它。就是那张著名的黑洞照片。

这张照片可以说震惊了整个世界。照片显示M87星是顺时针旋转的,它有380亿公里宽,大约可以让300万个地球排成一排。这张照片也揭示了,这个超大质量黑洞在积极进食。

一般情况下,恒星进入并被撕裂,可能每一万年或十万年发生一次。而M87 星已经闪亮了数百万年。显然,除了被撕裂的恒星外,这里还有大量的气体在供给吸积盘。这有助于解释M87星是如何增长到65亿太阳质量的。

但是未来呢?这个超大质量黑洞会继续吞噬,还是会饿死?

为了找到答案,我们必须更进一步跨越吸积盘,去发现M87星是如何满足其欲壑难填的欲望的。

【M87星的吸积盘】

飞船经过M87星的吸积盘,这是一个由气体和尘埃组成的炽热光环,直径达数百光年。这是超大质量黑洞的杂货店。

黑洞之旅:科学家头大如斗!真的还有白洞吗? 有炽热吸积盘的超大质量黑洞

黑洞以吞噬一切而闻名。但黑洞并不贪婪,这是一个普遍的误解。它们不会把任何东西都拉进来,事实上,如果太阳现在突然变成了黑洞,地球仍然会在轨道上继续运行。因为引力只关乎物体的质量和距离。

像M87星这样的超大质量黑洞,比普通的太阳大小的黑洞要大得多。这意味着它们的引力更大,并延伸到更远的星系中。所以它能够吸引数十亿公里以外的尘埃、气体云和恒星。

但它们不会吞下被它们吸进来的所有东西。黑洞吞噬物质的方式并不是像陨石落在地球上一样。黑洞消耗物质的最有效方式是形成一个吸积盘。

当气体和尘埃被超大质量黑洞的引力拖入时,呈螺旋状向内堆积成环状,吸积盘就会增大。在引力和气体与尘埃动量的共同作用下,这个环开始旋转,旋转的物质压扁成一个圆盘。

所以,它们不会直接掉进去,而是绕轨道运行,并且被加速到非常快的速度。有的物质最终会进入黑洞,而有的则会被踢出黑洞。

我们银河系中心也有一个超大质量黑洞——人马座A星。它似乎正在吞噬物质,但却是以极低的速度吞噬。为了发现是什么阻止了人马座A星进食。科学家们研究了从超大质量黑洞发出的红外光线。发现尘埃云内的磁场正在把物质引导进入黑洞周围的轨道,并没有让它们掉进去。所以它实际上是让这些尘埃颗粒远离黑洞,是它将人马座A星的食物来源推离了超大质量黑洞。

当然,这种情况并不一定会永远持续下去,因为磁场是可以改变方向的。当有很多其他的垃圾,尘埃、气体和其他恒星靠近时,它们可以改变磁场,这可能会让这些尘埃落入黑洞。磁场方向的改变,将会为人马座A星带来了希望。

所以对于M87星,是磁场在帮助进食,这就是为什么M87星在积极进食的原因。

【超大质量黑洞的视界】

我们的飞船任务还在继续,随着这些物质坠入超大质量黑洞,我们朝着视界前进。这个视界可以说是已知和未知宇宙的边界,在那里物理定律不再适用。

我们的飞船穿过了吸积盘,前方是绝对黑暗的超大质量黑洞M87星。根据黑洞理论,这里是我们终结的地方,会被引力撕成碎片。

我们在科幻小说和影视作品中有很多关于如果你掉进黑洞后会发生什么的精彩画面。一个引起广泛关注的观点是,当你坠入黑洞时你会被意大利面化。

而事实上,在黑洞的视界处是否会变成“意大利面”,答案取决于黑洞的质量和体积比。一个具有14个太阳质量的恒星质量黑洞,直径只有42公里,大约只有俄克拉荷马城那么大。当你接近这样的黑洞时,引力和潮汐力的急剧增加。对于一个小黑洞来说,引力的强度会随着距离的变化而迅速变化,你的脚可能会被拉得比你的头还长一百万倍!

但对于超大质量黑洞来说,这不会发生。恒星质量黑洞的质量集中在一个小区域,而超大质量黑洞的质量扩散范围要大得多,其覆盖面积要大10亿倍。

所以当你靠近它时,它的引力会缓慢增加,这意味着接近超大质量黑洞的感觉更像是走下斜坡,而不是从悬崖上跳下来,所以它不会把你撕成碎片。

黑洞的名声不太好,但这个坏名声肯定是属于恒星质量的黑洞,它们才是把东西撕成碎片的罪魁祸首。

超大质量黑洞的好处是,这些所谓的潮汐力要弱得多,所以实际上我们可以安全接近M87星。一旦到了那里,我们就会看到令人惊叹的景象,超大质量黑洞会使它周围的光发生扭曲。

距离黑洞较远的地方,这种扭曲并不强烈,但越靠近黑洞,光的路径扭曲得越严重,黑洞周围的星光就会变得非常怪异。它们被拉伸成——环和弧。我们甚至可以看到超大质量黑洞背后隐藏的东西。

因为光在黑洞周围弯曲了,黑洞甚至可以弯曲光线,让光线从我们的脸上穿过然后从另一边反射回来。所以,原则上,我们可以在剃须的时候用一个黑洞作为镜子。

要真正了解黑洞周围发生了什么,我们就需要了解引力,而要了解引力,就需要了解时空。时空将整个宇宙捆绑在一起。

如果我们戴上特殊的时空眼镜,就能看到在时空网格中漂浮的恒星、行星和星系。这些物体都有质量,质量会弯曲和扭曲时空。这种由有质量的物体造成的时空网的扭曲叫做引力,你的质量越大,你的引力就越大,你弯曲和拉伸时空的程度就越大。

黑洞之旅:科学家头大如斗!真的还有白洞吗? 太阳周围弯曲的时空

M87星巨大的引力扭曲了空间,迫使光沿着曲线传播。但是它对等式的另一边——“时间”有什么影响呢?

爱因斯坦意识到,在黑洞附近的时间实际上比在地球上的时间要慢的多。这个过程叫做引力时间膨胀,从远处看,我们的飞船好像在做慢动作。而在飞船的乘客则会感觉到时间正常地进行下去,如果看手表,秒针会像往常一样绕着表盘转。但对于一个外部观察者来说,在你的手表上显示的一分钟可能需要数百万甚至数十亿年的时间。

所以,玑在我们的飞船到达了一个重要的里程碑,再往前走,我们就回不去了。此时我们的飞船有两个选择,要么逃到安全的地方,要么掉进黑洞。

我们把探测器分离出去,让它独自接近黑洞。你可以把视界想象成黑洞的表面,但这会引起一点误解。实际上那里什么都没有,这只是离中心有一定距离的地方。在这里的逃逸速度是光速。因为没有什么能比光速更快,所以没有什么能逃离黑洞。

可以把视界想象成瀑布,如果你是瀑布上水流中的一条鱼,你可以游到靠近边缘的地方,仍然可以逃脱,但如果你游得太远,你就到了无法回头的地步,你就越过去了。

没有什么可以改变,光、物质、牛、大象,等等,只要穿过视界就永远不会回来,这是一张单程票。

然而,在飞船上,我们并没有看到探测器进入超大质量黑洞,相反,从我们的角度来看,探测器只是变得越来越慢,越来越慢。在M87星巨大的引力作用下,探测器的时间似乎停止了。探头似乎被粘住了,粘在表面上。

但这只是我们的视角,实际上,探测器已经越过了视界,进入了黑洞内部。

【矛盾的两大理论】

解释宇宙如何运行,有两个主要理论:广义相对论和量子力学。

广义相对论说,探测器进入了黑洞,但量子力学提出了一些主要的障碍。根据量子力学的一些观点,可能存在一种叫做“防火墙”的东西。一堵量子能量的墙阻止物质实际上穿过视界。任何试图跨越事件视界的事物会发生什么,这个问题已经挑战了一些最伟大的物理学家。

我们的探测器会进入超大质量黑洞吗,还是会被一堵防火墙烧成碎片?

解释宇宙如何运行的两大理论对于接下来会发生什么并不一致。一种说法是探测器毫发无损地穿过,另一种理论认为这是不可能的。

这是一个非常有趣的谜题,那就是广义相对论和量子力学的交汇处,它被称为黑洞信息悖论。

在物理学中,我们面临的是一种非常分裂的局面。有两种理论,但它们合不来。

爱因斯坦的引力理论解释了所有的宏观问题,量子场论解释了所有的微观问题。

所以哪一个是对的,哪一个是错的?目前还是一个谜。

广义相对论说,进入黑洞,所有的信息全都没有了。而量子力学认为,所有信息都在量子力学的层面上。你可以想象一个带电荷的粒子,粒子有自旋,角动量,据我们所知,这些信息是不能被破坏的。

想象一下烧掉一本书,文字就是信息,随着每一页的燃烧,文字就会消失。但真的消失了吗?

并不是完全消失,如果你能追踪每一个正在发生的事情,追踪每一个烟雾颗粒,把它们重新组合起来,原则上,这些信息仍然存在。

因为信息不会被破坏,所以探测器的信息,即使被破坏,也应该在超大质量的黑洞中。

如果落入黑洞的信息只是被锁在黑洞里,那就好,这并不违反任何物理规律,但是史蒂芬·霍金在他的理论中给这项工作带来了麻烦。

他认为,随着时间的推移,黑洞会蒸发,一个粒子一个粒子地慢慢缩小,释放出被称为霍金辐射的热量。

霍金辐射本身并不携带任何信息,而霍金辐射最终会摧毁一个黑洞。最终,黑洞蒸发并消失,随着黑洞的消失,有关探测器的信息也随之消失。这对量子力学来说是个大问题。

即使量子物理学认为黑洞不能摧毁信息,但它真的能摧毁信息吗?那么量子力学的基础是错的吗?这就是量子信息悖论。

为了防止这种不可能的情况发生,科学家们想出了一个变通办法可以阻止探测器的信息进入黑洞,那就是“防火墙”。

量子力学说,有一种量子模糊,它会让你一旦进去就被不可思议的高温烧死。如果防火墙把探测器烧成灰烬,那么它的信息就会留在飞船的灰烬里,就像那本燃烧的书里写的字那样。

那么哪种理论是正确的呢?探测器是否能安全进入黑洞?还是探测器烧毁了?

这个问题至今无解。为了找到答案,科学家们想出了一些疯狂的想法,一种叫做量子纠缠。它表明探测器既在黑洞内部,也在黑洞外部。它的信息由不断出现在视界两侧的粒子携带。

史蒂芬·霍金也提出了一个解决方案,虽然他最初的想法是黑洞通过热量失去信息,但后来他认为黑洞有柔软的毛发。

黑洞之旅:科学家头大如斗!真的还有白洞吗? 史蒂芬·霍金认为的有毛发的黑洞

传统的黑洞科学认为黑洞是光秃秃的,即它们除了质量电荷和自旋之外,没有任何特征,你可以从外面测量它们。

霍金最新的理论认为,黑洞的毛发是由幽灵般的量子粒子构成的。而量子粒子可以存储信息,正在蒸发的黑洞的热辐射将这些信息带离视界。

如果霍金是对的,那么探测器的信息最终将会逃逸到宇宙中。黑洞毛发的概念可以解决黑洞信息悖论。但我们真的不知道黑洞是有毛发的还是秃顶的。

在我们能够就事件视界统一量子力学和广义相对论之前,信息悖论对物理学家来说仍然是一个问题。这是物理学中最令人尴尬的问题之一,至今仍未解决。

【M87星的核心】

现在让我们假设,我们避开了信息悖论,探测器穿过视界,飞向宇宙中最激烈的地方之一——M87星的核心。

这叫做奇点,没有规则可循,什么都说不通,什么都逃不掉。我们的探测器已经越过了视界,它正在前往超大质量黑洞M87星中心的单程旅程中。

探测器离开了科学家们了解的物理世界,进入了科学家们不了解的物理世界。

这个探测器现在的移动速度比光快,或者说被空间本身携带的速度比光快。一旦你穿过黑洞的视界,你的未来就取决于黑洞中心的奇点……不可回避的事实是你最终会加入奇点。

黑洞内部的空间就像一个三维旋转漩涡,里面的空间总是在移动,这简直是旋转木马之旅的噩梦版。旋转的探测器向下飞驰直到它撞到黑洞中一个更奇怪的区域——内部视界。

黑洞之旅:科学家头大如斗!真的还有白洞吗? 探测器在黑洞中的三维旋转漩涡中前进

当你认为防火墙很糟糕,但这与内部视界相比微不足道。理论物理学家安德鲁·汉密尔顿认为所有落入黑洞的光和物质都会在这个位置发生巨大的碰撞。

内部视界将是无限猛烈的,因为它就像两个宇宙的交汇点。这个汇合点就像水落在瀑布底部的岩石上,拍打成水花。

黑洞之旅:科学家头大如斗!真的还有白洞吗? 黑洞中的内部视界

在超大质量黑洞内部,空间急速进入并撞向内部视界的反弹空间。这将是一个充满无限能量的地方,它是坠入黑洞的物质与流出的物质相遇的地方。

所有落入M87星的物体都会在巨大的能量释放中碰撞在一起。这些能量总得有个去处,有可能这个内部视界的能量非常巨大,以至于全新的宇宙可能会在这个空间诞生。

在内部视界,产生的能量可以压缩成一个小点,它会突然点燃。

我们知道,很久以前,我们所在的宇宙非常小,非常热,非常稠密,它有可能是在一个旋转黑洞的内部视界中诞生的。这是一个非常诱人也是非常假设的想法。

但如果它是正确的,它会让我们深入了解宇宙本身的起源。但现在我们即没有强有力的证据证明黑洞创造了新生的宇宙,也没有强有力的证据证明黑洞不能创造新生宇宙。

所以,如果探测器能在内部视界幸存下来,它就会朝着宇宙中最奇怪的地方前进,那就是超大质量黑洞的核心——奇点。

随着探测器越来越接近奇异点,探测器离已知的物理世界的距离也越来越远。科学家们不知道探测器到达奇点时会遇到什么,也不知道它会发现什么,更不知道它会经历什么。

科学家们不知道的还有很多,比如奇点到底是什么?这真的是个很难回答的问题。

传统科学认为它是一个无穷小的点,但M87星的情况并非如此。

有趣的是,如果黑洞在旋转奇点就不是一个点,而是一个环。物理学说奇点的密度是无限的,是一个空间和时间的点——物质尽可能地坍缩,它的密度是无穷大的,体积是“零”。

对许多科学家来说,这是一个大问题。在自然界中,我们还能在哪里找到无穷大?

一个有无限密度和无限小体积的区域,基本上是零体积!这怎么可能存在?科学家们现在无法确定是否真的存在这样的奇点。

在那个点,也许探测器解体,并和数十亿年来M87星所消耗的物质结合在一起,被压缩到极点,不再是原子,而是能量的海洋。被吸收成一个零体积,无限密度的环。

或者还有另一种可能,也许奇点根本不会摧毁探测器,也许探测器会径直穿过而进入另一个宇宙。我们前往M87星中心的旅程是一次疯狂的旅程。我们穿过视界,坠入奇点,而奇点可能不是探测器旅程的终点,探测器会穿过奇点进入一个新的宇宙。

探测器可能还有另一种选择。在我们的宇宙中,有黑洞,如果你进入黑洞,你就无法逃脱。理论上也有可能存在白洞,就是你进不去,只能逃离的物体。

白洞基本上就是向后运动的黑洞。一些物理学家推测,白洞可能与黑洞的奇点有关。由一种叫做虫洞的东西把这两者连接在一起。

从理论上讲,这听起来是一个让探测器逃脱死亡的好方法。虫洞是这两者之间的时空桥梁。在数学中很容易创造出这个桥梁,但在现实生活中可能不存在。而且几乎肯定在我们整个文明中,永远都不会知道它是否存在。

因为在黑洞和白洞之间搭建桥梁会带来一些问题。首先,我们不确定如何建造它们,其次,它们可能是不稳定的,会立即坍塌,除非你发明一些新的,奇怪的物质可以支持这个理论。

如果M87星确实有一个稳定的虫洞连接到它的奇点上,那我们的探测器会在哪里结束吗?

这个探测器的旅程可能不会在奇点处结束,它所携带的所有信息可能会存储在我们宇宙的某个遥远角落。或许是在另一个宇宙有一个几十年前听起来像科幻小说的想法,现在被认为是潜在的现实:那就是平行宇宙的想法。

如果平行宇宙存在,那么一些人猜测黑洞可能是通往平行宇宙的通道。如果存在平行宇宙,谁知道我们的探测器最终会进入哪个宇宙?这个宇宙可能和我们的宇宙一样,也可能完全不同。我们永远也不会知道。

超大质量黑洞是宇宙中最奇特、最迷人的物体之一。自从一个世纪前爱因斯坦的相对论预言了黑洞以来,科学家们一直在试图了解黑洞是如何工作的。

M87星的照片证实了许多理论,但关于这些非凡天体的诞生生长和死亡,还有很多东西需要了解。甚至还有更多让科学家们着迷的东西,这是终极的未知,这是人类知识的前沿,科学们还有多好的路要走。

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