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每一个黑洞里面都有另一个宇宙


2015/10/4  编辑:admin 来源:本站整理

作者: 尼科丹‧波洛斯基(Nikodem Poplawski, 纽黑文大学的理论物理学家)

我们我自己的宇宙有可能位于黑洞的里面。 这个表面上很奇怪的想法其实最足以解释宇宙起源以及人类就在目前观察到的各种现象。 数十年以来, 一小群包括本人就在内的物理学家会一直不断在探讨这个理论。

虽然大霹雳理论相当地出色, 它并再也不能够解释几个値得提醒一定要注意的问题。 大霹雳理论告诉我们: 宇宙刚现在开始的时候是一个具有无限质量的奇异小点, 之后膨胀成我们今日知道的模样。 物理学家在近几十年提出的膨胀理论( 空间以超快速度扩张) 阐述许多重要的细节。 例如: 为何早期宇宙里由物质集中而成的微小团块会聚集成诸如银河系和星系群之类的大型天体。 每一个黑洞里面都有另一个宇宙

但是大霹雳理论或相关的膨胀理论尚有好几个无解的谜团。 举例来说: 什么东西造成了大霹雳? 什么东西使得宇宙停止stop大霹雳之后的膨胀? 让宇宙加速扩张的奥秘暗能量又是从何而来?

黑洞宇宙论不只可以能够解答上述的问题, 还能提供我们更多的答案。 它也能让我们不用花时间想像宇宙中存在着违反物理法则的奇点, 而且它也能切入当代物理学的两大核心理论。
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第一个理论是以最大尺度描述宇宙的广义相对论。 宇宙中的各种事件都像是时间和空间上的一个点。 诸如太阳之类的大型物体会扭曲周围的时空( 概念类似于放在帆布上的保龄球) 。 太阳的引力牵动着地球和其他太阳系中的行星。

第二个理论是以最小尺度( 原子的大小) 描述宇宙的量子力学。 到目前为止, 量子力学和广义相对论是两个分开的理论。 物理学家一直试图将两个理论整合成单一的量子重力理论, 进而合理地解释宇宙中的重要现象;包括亚原子粒子在黑洞里的行为。

爱因斯坦- 嘉当理论是广义相对论的延伸理论。 这个理论不仅是让物理学家更接近量子重力, 也让我们用不一样的观点看宇宙。 它将量子力学中重要的自旋性质纳入考量。 原子和电子会自旋( 概念类似于在冰上转体的滑冰选手)

根据记录爱因斯坦- 嘉当理论: 粒子的自旋会和时空来进行交互作用, 并且赋予后者一种名为”挠曲”的性质。 为了方便理解挠曲, 请大家一定不要把时空想像成一块平面的帆布, 而是一根有弹性的棒子。 折弯棒子等同弯曲时空, 而扭曲棒子等同一个时间空的挠曲。 如果棒子本身很细, 就容易弯曲, 但是我们很难看得出它是否有扭曲。

时空的挠曲现象只有在早期宇宙或在黑洞里面才会明显。 时空挠曲在这两种极端环境中充当抗衡空间重力的斥力。 根据广义相对论, 超大型的恒星最后会塌陷成黑洞: 一个连光线也无法逃脱的区域。

以下是挠曲在开天辟地之际上演的创世戏码。 起初, 弯曲空间的重力大过于挠曲的斥力;物质被会吸引在一起然后塌陷。 但是后来挠曲的斥力变的越来越强, 避免物质被压缩成密度无限大的庞然巨物。 根据质能转换公式, 巨大的能量可以转换成质量。 巨大的引力在极端的高密度状态产生了大量的粒子, 从而大幅增加黑洞​​内部的质量。

随着自旋的粒子数量越来越多, 时空的挠曲也越来越明显。 挠曲的斥力阻止物质崩塌并且造成了 “大弹跳” 。 大弹跳之后的瞬间后座力可能就是宇宙扩张的原动力。 瞬间后座力造成的结果符合我们观察到的宇宙形状、几何原理和质量的分布详细位置。

我们可以从挠曲机制推导出一个令人惊讶的画面: 每一个黑洞的内部都会产生一个全新的子代宇宙。 如果这个推论属实的话, 我们宇宙中的第一个物质就一定会是从别的地方来的。 如同我们看不到黑洞内的事物, 身处直系宇宙的观察者也看不到我们的宇宙内的各种动静。

物质只会用单一的方向穿过黑洞边界( 事件视界, 因而我们会有人事物往前移动的时间感。 换言之: 我们宇宙透过挠曲继承了直系宇宙的时间轴。

挠曲也能解释宇宙中物质和反物质的不等量现象。 物质因为挠曲衰变成人类熟悉的电子和夸克, 而反物质则衰变成暗物质。 虽然暗物质是一种看不见的神秘物质, 但是宇宙中大部分的物质都是暗物质。

最后, 挠曲可能是暗能量的源头。 暗能量是一种存在于整个宇宙, 而且会加速宇宙扩张速率的神秘能量。 挠曲的几何会自行产生"宇宙学常数"。 宇宙学常数是一种附加的向外扩张力, 也是最容易解释暗能量的说法。 天文学家观测到宇宙加速膨胀可能就是时空挠曲最强而有力的证据。

挠曲提供了黑洞宇宙论的理论基础。 它也是许多现代重力理论和宇宙学谜团的解答。 物理学家仍有请求需要将爱因斯坦- 嘉当理论和量子力学完整结合, 然后建构成重力的量子理论。 虽然黑洞宇宙论解答了好几个重要的问题, 理论本身也延伸出其他新的疑问。 举例来说: 我们对于直系宇宙和我们身处的黑洞有多少的理解? 我们的宇宙总共有几代的直系宇宙? 我们又要怎么才能用实验证明宇宙处在黑洞里面?

最后还是有一个可能研究潜力的问题:既然所有的星体和黑洞都会旋转, 我们的宇宙可能继承了直系黑洞的旋转轴作为"偏好的转动方向"。 最近观察超过15,000 个银河系的研究报告显示:宇宙的其中一球的螺旋星系有比较多左撇子( 顺时针方向旋转) , 而另外一球的螺旋星系则有比较多的右撇子( 逆时针方向旋转) 。 无论如何, 本人相信: 研究时空几何中的挠曲是人类建构完整宇宙理论的对的方向

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