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科学在这里崩溃:大质量恒星的终极命运

来源:环球科学

 

每一个黑洞的中心都有一个奇点:

在那里,密度无穷大、引力无穷大,

所有已知的物理规律统统崩溃,科学完全不起作用。

物理学家一直认为——或者说希望奇点永远被囚禁在黑洞内部,

这样就不会对外面的世界产生不可预测的影响。

然而,他们或许都错了:

大质量恒星的引力坍缩或许最终不会形成黑洞,

而是产生一个直接暴露在外面的裸奇点。

撰文 潘凯·S·乔希(PankajS.Joshi)

翻译 虞骏

现代科学给这个世界带来了许多奇思异想,最古怪的一条,无疑是大质量恒星在“生命”演化到尽头时所要面对的终极命运:一颗大质量恒星在持续“燃烧”数百万年后耗尽燃料,无法继续与自身引力相抗衡,不可避免地踏上毁灭性的坍缩之路。像太阳这样的中等质量恒星,坍缩到一定程度便会稳定下来,成为体积更小的白矮星;但如果一颗恒星的质量足够大,它的引力就会压倒一切企图阻止坍缩的力量——这颗直径数百万千米的恒星会一直坍缩,最终比字母“i”上那个小点还要小。

大多数物理学家和天文学家认为,这样的坍缩最终会形成黑洞——一种引力超强的天体,没有任何东西能从它的周边区域中逃脱。一个黑洞由两部分组成:核心处是一个奇点(singularity),那颗恒星上的所有物质都被压缩在这个无穷小的点中;围绕在奇点周围的则是一个不可能从中逃脱的空间区域,它的边界被称为“事件视界”(eventhorizon)。任何东西一旦落入事件视界,就失去了逃出生天的所有希望,它们发出的任何光线都被囚禁在视界之中,因此外界观测者永远不可能再看到它们。这些东西最终也都会被挤入奇点。

但事实果真如此吗?已知的物理规律可以肯定,这种坍缩会形成奇点,但事件视界是否随之形成,至今仍没有明确答案。大多数物理学家默认“事件视界必然产生”的假设,仅仅是因为视界为科学提供了一块极具诱惑力的“遮羞布”。物理学家还没弄明白,奇点处到底发生了什么:物质受到挤压,然后变成什么?事件视界把奇点隐藏起来,也掩饰了我们知识结构中的不足。奇点处或许上演着各种科学上未知的现象,但它们对外部世界不会产生任何影响。这样,天文学家在绘制行星及恒星运行轨道的时候,才可以心安理得地运用物理学标准定律,而不用去考虑奇点可能带来的不确定性——不论黑洞中发生了什么,都只能被囚禁于黑洞内部。

越来越多的研究者对这个主流假设提出了质疑。研究人员已经发现了多种恒星坍缩模型,事件视界在这些模型中根本不会形成,因此奇点会持久暴露于我们的视线之中。物理学家把这样的奇点称为裸奇点(nakedsingularity)。深入黑洞内部去探查一个奇点,是一条名副其实的“不归路”,然而从理论上讲,你可以随心所欲地靠近一个奇点,详加探查后再平安返回,讲述你的冒险经历。

如果裸奇点确实存在,那么天体物理学和基础物理学的各个方面,都会遭到巨大的冲击。没有了视界的遮蔽,发生在奇点附近的神秘现象就可能影响外部世界。裸奇点或许可以解释天文学家已经观测到的不明高能现象,或许还能提供一个天然实验室,让物理学家探索时空的最精细结构。

 

发布时间:2009/4/11 22:08:00

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