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王根喜的三联数字博客

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日志

 
 

普朗克力子可穿越黑洞  

2012-08-07 20:36:47|  分类: 三联数字与科学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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1.科技报道

新浪科技讯 北京时间2012年8月7日消息,据美国太空网报道,对于黑洞,很多人都知道这样一种观点——任何物质都无法逃脱黑洞的可怕引力,甚至包括光线在内。这是黑洞理论中最基本的一种观点。但在刊登于8月2日网络版《科学》杂志上的一篇论文中,美国新泽西州普林斯顿高等研究院的理论物理学家爱德华-维特指出这一基本观点与量子力学理论相矛盾。

  绝大多数物理学家认为黑洞是一种密度令人难以置信的天体,能够扭曲时空,任何物质都无法逃脱它们的可怕引力。在刊登于同一期《科学》杂志上的另一篇论文中,美国加利福尼亚州理工学院的理论物理学家基普-霍纳将黑洞描述为一种完全由扭曲的时空构成的天体。

  然而,这一基本观点似乎与量子力学定律相抵触,后者用于解释宇宙内最微小的元素。维特在论文中指出:“根据广义相对论,黑洞会吸入附近的任何物质,同时不向外喷射任何物质。这是很多人眼中的黑洞一个基本特征。然而,如果根据量子力学,这种天体不可能存在。

  这能够解释物质掉进黑洞的过程为何无法逆转,但这只适用于宏观层面。著名物理学家斯蒂芬-霍金指出,根据研究微观层面的量子力学,物质可以从黑洞逃脱。根据他的预测,黑洞不断向外喷射物质,这一过程被他称之为“霍金辐射”。量子力学与黑洞理论的基本观点——任务物质无法逃离黑洞——相抵触。维特说:“虽然黑洞永远不会将吞噬的宇航员或者桌椅板凳喷出,但会向外喷射基本粒子或者原子。”

不过,科学家至今没有观测到霍金辐射。维特在论文中指出:“黑洞由恒星爆炸形成,通常位于星系中央。可惜的是,黑洞通常质量很大并且距离地球很远,很难获得它们的微观细节。”这一期的《科学》杂志刊登了5篇有关黑洞研究的论文,维特的论文只是其中之一。

 

2.黑洞

 根据广义相对论,引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时,它的引力场对时空几乎没什么影响,从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出。而恒星的半径越小,它对周围的时空弯曲作用就越大,朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。

等恒星的半径小到一特定值(天文学上叫“史瓦西半径”)时,就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时,恒星就变成了黑洞。说它“黑 ”,是指它就像宇宙中的无底洞,任何物质一旦掉进去,“似乎 ”就再不能逃出。

与别的天体相比,黑洞是显得太特殊了。例如,黑洞有“隐身术 ”,人们无法直接观察到它,连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么,黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢?答案就是——弯曲的空间。我们都知道,光是沿直线传播的。这是一个最基本的常识。可是根据广义相对论,空间会在引力场作用下弯曲。这时候,光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播,但走的已经不是直线,而是曲线。形象地讲,好像光本来是要走直线的,只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向。

  上面所述是现代科学根据广义相对论得出的结论,但对黑洞的形成只局限于光速以下理解是不全面的。前面我们已经论述了引力子以1.5乘10的10次方m/s 的反速度传递引力,引力子传递引力过程是吸收能量的过程,故而引力总是吸引的。引力子的反速度本身是超光速的,所以当宇宙空间在迅速膨胀时,在宇宙的某些区域就存在着反空间,这些反空间中存在着不衰变成四代暗物质粒子的引力子,这些不衰变的引力子因吸收能量其引力会变得越来越大,最终除普朗克力子其余的物质都会被吸引进这些反空间从而形成黑洞。只有在黑洞里的引力子不会衰变,而在引力场中的引力子会衰变成四代暗物质粒子。所以黑洞在正空间里不能被光学仪器观测到。一但人们找到能观测引力子的仪器,那黑洞与反空间就能被观测到了。

光速以下的可见物质进入黑洞后会被黑洞吞噬,其过程是不可逆的。因为普朗克力子传递速度相当快为1.5乘10的33次方m/s,所以宇宙中只有普朗克力子能穿越黑洞,从而逃逸黑洞。而所谓的霍金辐射实质就是普朗克力子穿越黑洞产生的效应。

 

3熵之迷

   维特解释说,根据量子力学,如果一种反应是可能的,相反的反应也是可能的。过程是可逆的。也就是说,如果一个人被黑洞吞噬,增加这个黑洞的质量,也会存在黑洞将人喷出,质量减少的现象。然而,任何物质都无法逃脱黑洞的引力。为了破解这个谜题,物理学家提出了“熵”的概念,即混乱和随机性的一个量度。根据解释宏观层面的热力学定律,降低宇宙的熵值是不可能的,熵值只会增加。如果一个人掉进黑洞,熵值会增加。如果一个人被黑洞喷出,宇宙的总熵值便会减少。基于同样的原因,水只能从杯子溅到地板上,而不会从地板飞到杯子里面。

    其实这里所谓的“熵”,就是引力子只吸收能量产生的效应,而熵的过程不可逆,这也是时间之所以产生箭头的原因。

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