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科學在這裏崩潰:大質量恒星的終極命運

來源:環球科學

 

每一個黑洞的中心都有一個奇點:

在那裏,密度無窮大、引力無窮大,

所有已知的物理規律統統崩潰,科學完全不起作用。

物理學家一直認爲——或者說希望奇點永遠被囚禁在黑洞內部,

這樣就不會對外面的世界産生不可預測的影響。

然而,他們或許都錯了:

大質量恒星的引力坍縮或許最終不會形成黑洞,

而是産生一個直接暴露在外面的裸奇點。

撰文 潘凱·S·喬希(PankajS.Joshi)

翻譯 虞駿

現代科學給這個世界帶來了許多奇思異想,最古怪的一條,無疑是大質量恒星在“生命”演化到盡頭時所要面對的終極命運:一顆大質量恒星在持續“燃燒”數百萬年後耗盡燃料,無法繼續與自身引力相抗衡,不可避免地踏上毀滅性的坍縮之路。像太陽這樣的中等質量恒星,坍縮到一定程度便會穩定下來,成爲體積更小的白矮星;但如果一顆恒星的質量足夠大,它的引力就會壓倒一切企圖阻止坍縮的力量——這顆直徑數百萬千米的恒星會一直坍縮,最終比字母“i”上那個小點還要小。

大多數物理學家和天文學家認爲,這樣的坍縮最終會形成黑洞——一種引力超強的天體,沒有任何東西能從它的周邊區域中逃脫。一個黑洞由兩部分組成:核心處是一個奇點(singularity),那顆恒星上的所有物質都被壓縮在這個無窮小的點中;圍繞在奇點周圍的則是一個不可能從中逃脫的空間區域,它的邊界被稱爲“事件視界”(eventhorizon)。任何東西一旦落入事件視界,就失去了逃出生天的所有希望,它們發出的任何光線都被囚禁在視界之中,因此外界觀測者永遠不可能再看到它們。這些東西最終也都會被擠入奇點。

但事實果真如此嗎?已知的物理規律可以肯定,這種坍縮會形成奇點,但事件視界是否隨之形成,至今仍沒有明確答案。大多數物理學家默認“事件視界必然産生”的假設,僅僅是因爲視界爲科學提供了一塊極具誘惑力的“遮羞布”。物理學家還沒弄明白,奇點處到底發生了什麽:物質受到擠壓,然後變成什麽?事件視界把奇點隱藏起來,也掩飾了我們知識結構中的不足。奇點處或許上演著各種科學上未知的現象,但它們對外部世界不會産生任何影響。這樣,天文學家在繪制行星及恒星運行軌道的時候,才可以心安理得地運用物理學標准定律,而不用去考慮奇點可能帶來的不確定性——不論黑洞中發生了什麽,都只能被囚禁于黑洞內部。

越來越多的研究者對這個主流假設提出了質疑。研究人員已經發現了多種恒星坍縮模型,事件視界在這些模型中根本不會形成,因此奇點會持久暴露于我們的視線之中。物理學家把這樣的奇點稱爲裸奇點(nakedsingularity)。深入黑洞內部去探查一個奇點,是一條名副其實的“不歸路”,然而從理論上講,你可以隨心所欲地靠近一個奇點,詳加探查後再平安返回,講述你的冒險經曆。

如果裸奇點確實存在,那麽天體物理學和基礎物理學的各個方面,都會遭到巨大的沖擊。沒有了視界的遮蔽,發生在奇點附近的神秘現象就可能影響外部世界。裸奇點或許可以解釋天文學家已經觀測到的不明高能現象,或許還能提供一個天然實驗室,讓物理學家探索時空的最精細結構。

 

發布時間:2009/4/11 22:08:00

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