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第1070章 山海世界(264)

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觀察一個恆星坍縮並形成黑洞時,因為在相對論中沒有絕對時間,所以每個觀測者都有自己的時間測量。由於恆星的引力場,在恆星上某人的時間將和在遠處某人的時間不同。假定在坍縮星表麵有一無畏的航天員和恆星一起向內坍縮,按照他的表,每一秒鍾發一訊號到一個繞著該恆星轉動的空間飛船上去。在他的表的某一時刻,譬如11點鍾,恆星剛好收縮到它的臨界半徑,此時引力場強到沒有任何東西可以逃逸出去,他的訊號再也不能傳到空間飛船了。當11點到達時,他在空間飛船中的夥伴發現,航天員發來的一串訊號的時間間隔越變越長。但是這個效應在10點59分59秒之前是非常微小的。在收到10點59分58秒和10點59分59秒發出的兩個訊號之間,他們隻需等待比一秒鍾稍長一點的時間,然而他們必須為11點發出的訊號等待無限長的時間。按照航天員的手錶,光波是在10點59分59秒和11點之間由恆星表麵發出;從空間飛船上看,那光波被散開到無限長的時間間隔裏。在空間飛船上收到這一串光波的時間間隔變得越來越長,所以恆星來的光顯得越來越紅、越來越淡,最後,該恆星變得如此之朦朧,以至於從空間飛船上再也看不見它,所餘下的隻是空間中的一個黑洞。然而,此恆星繼續以同樣的引力作用到空間飛船上,使飛船繼續繞著所形成的黑洞旋轉。

但是由於以下的問題,使得上述情景不是完全現實的。離開恆星越遠則引力越弱,所以作用在這位無畏的航天員腳上的引力總比作用到他頭上的大。在恆星還未收縮到臨界半徑而形成事件視界之前,這力的差就已經將航天員拉成意大利麵條那樣,甚至將他撕裂!然而,在宇宙中存在質量大得多的天體,譬如星係的中心區域,它們遭受到引力坍縮而產生黑洞;一位在這樣的物體上麵的航天員在黑洞形成之前不會被撕開。事實上,當他到達臨界半徑時,不會有任何異樣的感覺,甚至在通過永不迴返的那一點時,都沒注意到。但是,隨著這區域繼續坍縮,隻要在幾個鍾頭之內,作用到他頭上和腳上的引力之差會變得如此之大,以至於再將其撕裂。

羅傑·彭羅斯(roger penrose)在1965年和1970年之間的研究指出,根據廣義相對論,在黑洞中必然存在無限大密度和空間——時間曲率的奇點。這和時間開端時的大爆炸相當類似,隻不過它是一個坍縮物體和航天員的時間終點而已。在此奇點,科學定律和預言將來的能力都失效了。然而,任何留在黑洞之外的觀察者,將不會受到可預見性失效的影響,因為從奇點出發的不管是光還是任何其他訊號都不能到達。這令人驚奇的事實導致羅傑·彭羅斯提出了宇宙監督猜測,它可以被意譯為:“上帝憎惡裸奇點。”換言之,由引力坍縮所產生的奇點隻能發生在像黑洞這樣的地方,在那兒它被事件視界體麵地遮住而不被外界看見。嚴格地講,這是所謂弱的宇宙監督猜測:它使留在黑洞外麵的觀察者不致受到發生在奇點處的可預見性失效的影響,但它對那位不幸落到黑洞裏的可憐的航天員卻是愛莫能助。

廣義相對論方程存在一些理論解,這些解使得我們的航天員可能看到裸奇點。他也許能避免撞到奇點上去,而穿過一個“蟲洞”來到宇宙的另一區域。看來這給空間——時間內的旅行提供了巨大的可能性。但是不幸的是,所有這些解似乎都是非常不穩定的;一個最小的幹擾,譬如一個航天員的存在就會使之改變,以至於他還沒能看到此奇點,就撞上去而結束了他的時間。換言之,奇點總是發生在他的將來,而從不會在過去。強宇宙監督猜測是說,在一個現實的解裏,奇點總是或者整個存在於將來(如引力坍縮的奇點),或者整個存在於過去(如大爆炸)。因為在接近裸奇點處可能旅行到過去,所以宇宙監督猜測的某種形式的成立是大有希望的。

事件視界,也就是空間——時間中不可逃逸區域的邊界,正如同圍繞著黑洞的單向膜:物體,譬如不謹慎的航天員,能通過事件視界落到黑洞裏去,但是沒有任何東西可以通過事件視界而逃離黑洞。(記住事件視界是企圖逃離黑洞的光的空間——時間軌道,沒有任何東西可以比光運動得更快)人們可以將詩人但丁針對地獄入口所說的話恰到好處地用於事件視界:“從這兒進去的人必須拋棄一切希望。”任何東西或任何人一旦進入事件視界,就會很快地到達無限緻密的區域和時間的終點。

廣義相對論預言,運動的重物會導致引力波的輻射,那是以光的速度傳播的空間——時間曲率的漣漪。引力波和電磁場的漣漪光波相類似,但是要探測到它則困難得多。就像光一樣,它帶走了發射它們的物體的能量。因為任何運動中的能量都會被引力波的輻射所帶走,所以可以預料,一個大質量物體的係統最終會趨向於一種不變的狀態。(這和扔一塊軟木到水中的情況相當類似,起先翻上翻下折騰了好一陣,但是當漣漪將其能量帶走,就使它最終平靜下來。)例如,繞著太陽公轉的地球即產生引力波。其能量損失的效應將改變地球的軌道,使之逐漸越來越接近太陽,最後撞到太陽上,以這種方式歸於最終不變的狀態。在地球和太陽的情形下能量損失率非常小——大約隻能點燃一個小電熱器,這意味著要用大約1千億億億年地球才會和太陽相撞,沒有必要立即去為之擔憂。地球軌道改變的過程極其緩慢,以至於根本觀測不到。但是,在1974年發現的psr1913 16(psr表示“脈衝星”,一種特別的發射出無線電波規則脈衝的中子星)雙星係統中觀測到這一效應。此係統包含兩個互相圍繞著運動的中子星,由於引力波輻射,它們的能量損失,使之相互以螺旋線軌道靠近。

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