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关于黑洞《星际穿越》有哪些未解之谜?

百科热搜 作者:互联网收集 热度:943

关于黑洞《星际穿越》有哪些未解之谜?

在日常生活中,我们是有自由意志的,你可以朝南走,也能朝北走,坐飞机朝上走也没问题。这就是人的自由度,也是生命的意义所在——当然这种自由度并不是在任何时空区域都可以发生的。比如,人类一旦进入黑洞,就会失去自由意志,黑洞一定会把人吸进黑洞的中心。

有关穿越的未解之谜

在《星际穿越》这部传世之作的最后,电影情节是这样的:

有关穿越的未解之谜

在飞船燃料所剩无几的情况下,库伯决定去黑洞内部看一看,在经历了一系列痛苦挣扎以及飞船炸裂后,库伯来到黑洞的内部,然后他穿过黑洞内部的奇点,到了五维时空,一下子就豁然开朗了,那里是一个世外桃源。

有关穿越的未解之谜

这真的可能发生吗?其实,这些已远远超出了现今的物理学理论。

从严谨的学术角度出发,我们首先要了解一下,黑洞到底是什么?在本文作者的一本关于相对论的书《相对论通俗演义》中,对黑洞的定义有如下等式:

黑洞=视界+奇点

视界是黑洞的表面,就好像西瓜皮包围西瓜瓤一样包围了整个黑洞,视界到黑洞中心的距离r=2M,其中M是黑洞的质量。在这个半径之内,就是黑洞的内部。黑洞的内部是一个单行道,任何东西只能进,不能出。

黑洞的中心,那叫做“奇点”。奇点那里的曲率是无限大,能量密度也是无限大。在几何意义与物理意义上来说,无限大的东西不属于时空本身——无限大的数值都是非物理的,在这里广义相对论已经失效。为了准确描述奇点,我们需要一个叫作“量子引力”的完整理论,可惜现在还没有这样一个理论,这也许就是电影里库伯的女儿墨菲后来研究出来的那个理论吧。这是电影中第一个未解决的问题。

在相对论学术界,还有另外一个与黑洞有关的未解难题,那就是能不能从几何的角度来证明宇宙监督猜想:上帝厌恶裸奇点,所有黑洞的奇点都必须被视界包围。霍金将这个问题形象地说成:为什么所有女人都穿着内裤,裸女不存在?——这是第二个未解决的问题。

在电影中,库伯进入黑洞内部后,撞上了奇点后就进入了五维时空。编剧为什么要安排他进入五维时空,然后再朝外传递信息呢?因为编剧深深地知道,黑洞内的信息是不能传递到外界的——这就是黑洞量子力学的“信息困境”(术语叫作破坏量子力学幺正性)。为什么会产生这个困境呢?这是第三个未解决的问题。

以上三个问题,只要能解决任何一个,都是对黑洞研究的巨大突破。

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