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「無因果論」的世界存在?宇宙黑洞也許有答案

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在現實世界中,你的曩昔從某種水平來講可以影響你的將來。而對於一位物理學家來講,如果知道宇宙入手下手時的信息,他就可以計算出宇宙在降生後肆意一個時空點所處的狀況。但就在比來,加州大學伯克利分校的一名數學家發現,宇宙中也許存在著不遵守因果之矢的黑洞。而假如有人進入了這類黑洞,他有可能會存活下來,但他的曩昔會被「斷根」,而他本人也將迎來與曩昔無關,無窮種可能的將來。

固然之前就有人提出過這類說法,但物理學家們用「強力的宇宙審查(strong cosmic censorship)」來「清掃」這類情況。簡單來說就是,當一小我將要進入一個未來不受曩昔影響的時空時,他就會被「幹掉」,因為宇宙不克不及許可如許的環境泛起。宇宙審查理論於40年前由物理學家Roger Penrose(羅傑·彭羅斯)初次提出,現已成為理論物理大廈的基石之一——假設已知一個事物過去和此刻的狀態,那該事物便只有一種可能的未來。

但加州大學伯克利分校的博士後Peter Hintz說,數學計算表白,對於像我們所處的宇宙,這個正在以加速速度擴大的宇宙中的某些非凡黑洞來講,一個完全沒有「肯定性」的世界確切可能存在。固然科學家對於一個不存在「肯定性」的時空還不是很認識。但Peter Hintz表示,該發現其實不意味著迄今完善描寫了宇宙演化的廣義相對論方程存在問題。Peter Hintz說:「今朝來講,必定沒有物理學家能進入這類黑洞並收集數據,這是一個純粹的數學問題,但其物理意義使愛因斯坦的方程式在數學上變的加倍有趣。它具有物理意義,這個意義甚至更偏向哲學上的寄義,這很酷。」

但葡萄牙里斯本大學(University of Lisbon)的Vitor Cardoso, João Costa 和Kyriakos Destounis,和烏得勒支大學(Utrecht University)的Aron Jansen認為,「該理論發現意味著廣義相對論中決定論的失敗,鑑於現代宇宙論對於诠釋宇宙加快擴大的主要性而言,這類問題需要獲得謹嚴處置。」而沒有介入這項研究的加州聖巴巴拉分校的Gary Horowitz也默示,該研究發現供給了「他所知的關於在重力和電磁學理論中宇宙強大審查理論不成立的最好證據。」

一個針對該類黑洞的計較機摹擬展現了空間和時候的扭曲進程,和當你接近其內部或柯西視界時的光線的移動。固然大大都物理學家認為若是你進入該黑洞,你就將被「移除」,但加州大學伯克利分校的這位數學家認為,你也許可以或許倖存下來。該視頻基於John Hawley所編寫的超級計算機模擬法式,其動畫由Andrew Hamilton製作。

跨越視界(Event Horizo​​n)

黑洞是一種希奇的天體,任何事物都沒法從它們的引力中解脫出來,就算是光也不能。假如你過於接近它們並跨越所謂的視界,你將永久不克不及再從其引力中逃脫出來。假如是較小的黑洞,你不管如何都沒法活著進入它們的視界。它們視界四周的引力足以使任何事物都化為烏有,即被拉伸至直到它變成一串原子。但對於大型黑洞來講,就像銀河系中間的超大質量物體一樣,它們重達數萬萬乃至數十億倍於一顆恆星的質量,跨越它們的視界將會是一件可以被答應産生的事。因為在這種情形下從我們的世界進入黑洞的世界是可能的,物理學家和數學家一向都不知道黑洞內世界會是什麼樣子,他們用愛因斯坦的廣義相對論方程來猜測黑洞內部的世界。在某種水平上,這些方程將黑洞解釋的很好,但當窺察者達到黑洞的中間(奇點)時,時空曲率將趨近無限。

然而,對於一名大膽進入黑洞探險的探險家來講,他將沒法與外界通訊,並很有可能在抵達奇點前就已經喪命。Hintz 研究了一種特定類型的黑洞————帶電荷的標準非扭轉黑洞,許可在視界內存在一個所謂的柯西視界(Cauchy Horizo​​n)。這個柯西視界便是決意論不再成立的處所,在柯西視界中,「過去」不再影響「將來」。包孕彭羅斯在內的很多物理學家都認為,由於宇宙審查理論,任何窺察者都將在跨過柯西視界點前被「移除」。

正如物理學家們所言,跟著觀察者接續接近視界,時候會因為強引力場而減慢(相對地球上人所經歷的時間)。就像光線一樣,任何碰到黑洞的工具都將不可避免地向柯西地平線墜落,觀測者也會向柯西視界墜落,但他終究會看到所有的這些能量都在同時「進入」柯西視界內。事實上,所有進入黑洞的能量都在同時「進入」柯西視界。

一顆帶電球形恆星的重力坍縮構成帶電黑洞的時空圖。成功跨越視界的窺察者終究會抵達柯西視界,這一決意論成立的鴻溝。一顆帶電球形恆星的重力坍縮形成帶電黑洞的時空圖。成功跨越視界的觀察者終究會抵達柯西視界,這一決意論成立的界限。
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一顆帶電球形恆星的重力坍縮構成帶電黑洞的時空圖。成功逾越視界的觀測者終究會抵達柯西視界,這一決意論成立的界限。
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一個不休膨脹的宇宙

但Hintz 意識到,上述環境可能不合用於正在加速的擴大宇宙,好比我們所處的宇宙。由於時空間距愈來愈大,遠處的宇宙也許底子不會影響黑洞,因為這類能量的流傳速度不克不及跨越光速。事實上,可以進入黑洞的能量只有那些被包含在可觀測視界內的能量:黑洞在其存在過程中所「觀察」到的宇宙體積。

在這種環境下,宇宙的膨脹可以或許抵消黑洞內部時候膨脹(time dilation)釀成的放大效應,有時乃至是完全抵消。在這類情形下,分外是對於那些帶有大量電荷的滑膩非旋轉黑洞,即所謂的Reissner-Nordström-de Sitter黑洞來說,觀測者可以穿過柯西視界並進入沒有“肯定性”的世界。xyz xyzHintz表示:「愛因斯坦方程所允許的一些正確解是完善的,不會致使無限大的引力,可以或許注釋柯西視界和柯西視界內的情況。經由過程視界的進程會很疾苦但也很簡短,在跨過視界後,在某些環境下,例如Reissner-Nordström-de Sitter黑洞,人們可以完全避免達到中間奇點,並永久活在一個沒有『肯定性』的宇宙中。」

但Hintz同時也認為,這類黑洞在現實中不太可能存在,因為它們會吸引相反電荷的物質直至釀成中性。但是,帶電黑洞的相幹數學解將被用作描寫扭轉黑洞內的情況。Hintz認為,Kerr-Newman-de Sitter黑洞,這種光滑的扭轉黑洞的行為可能與帶電荷的滑膩非扭轉黑洞不異。Hintz與Cardoso及其同事合作,在數學上發現了這類黑洞,他們計較了黑洞在引力波作用下的“響聲”以及這種“響聲”的“調子”和延續時候最長的環境。在某些環境下,即使是存活時間最長的頻率也會快速衰減,以防止放大效應將柯西視界轉變為死區。

Hintz的論文已引出了其他的許多新論文,其中的一篇就宣稱,大大都行為優秀的黑洞不會違背決定論。但Hintz對峙認為,宇宙中存在著很多這種「一次性」違規事宜,你其實不能包管這類環境就不會存在。Hintz表示:「自90年月中期以來,強宇宙學審查理論在各種環境下都成立讓人們變得自滿,但現在我們已它倡議了挑戰。」

  • 本文係由DeepTech深科技(微信公眾號ID: mit-tr)授權登載。原文貫穿連接:你能想像嗎?有的黑洞或許許可一個完全“無因果論”的世界存在。


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引用自: https://tw.news.yahoo.com/%E7%84%A1%E5%9B%A0%E6%9E%9C%E8%AB%96-%E7%9A%84%E4%B8%96%E7%95%8C%E5%AD%98%
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