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[轉帖] 黑洞.奇點.時空穿梭

[轉帖] 黑洞.奇點.時空穿梭

[轉帖] 黑洞﹑奇點﹑時空穿梭

行走百代之間﹐瞬息千里之外﹐一直是人類渴望擁有的能力。時空穿梭﹐是不是痴人說夢?物理學家們研究著一個令他們頭痛無比的問題﹐終於抬頭告訴我們﹕「也不能說是完全不可能的… …」
究竟是什麼現象﹐令物理學家們開始考慮到這個他們本來不屑一顧的天方夜譚?答案是“奇點” 。不是黑洞嗎?為何我們常常聽到的都說是黑洞呢?或許我們應該問的問題是﹐黑洞和奇點﹐是不是真的有分別?

什麼是黑洞?一個物體﹐只要它符合兩個條件﹐它就能成為一個黑洞。條件一﹕它必須有質量。條件二﹕它的半徑必須小於它本身的史瓦西半徑(Schwarzschild radius)。任何存在於空間之內的東西(不一定是物質) ﹐如若與一個黑洞的距離小於那黑洞的史瓦西半徑﹐那東西便需要把自己加速至光速以上才能確保自己不會重又掉下去(好像我們跳起又落回地面一樣)。由於光速是極限速率﹐那東西將無法逃脫掉進黑洞的命運。(以上描述並不準確﹐細心的朋友當能看出破綻。準確的描述牽涉到廣義相對論﹐異常複雜﹐由於和本主題無關﹐表過不提)

也就是說﹐黑洞只是一件極小的物件。由於沒有東西會從它的史瓦西半徑內逃出來﹐我們無法得到那範圍內的任何訊息﹐所以我們也無法得知黑洞的“真身” 是什麼。比如說一個密度極高的天體就可以是一個合理的“真身” 。誠然﹐天文學家通常都把黑洞﹑中子星和白矮星歸納為“高密度物體” (Highly Compacted Objects).

中子星是我們直到現時所知最高密度的物體﹐它還有一項特點﹕越重的中子星﹐體積越小。一個物體的史瓦西半徑是與它的質量成正比的。這麼說來﹐我們只要不斷加重一顆中子星﹐它的史瓦西半徑會越來越長﹐體積會越來越小﹐當它的半徑小於它的史瓦西半徑時﹐它就算是一個黑洞了。如果是這樣的話﹐黑洞可能只不過是很重的中子星而已。

可惜的是﹐就在我們能把中子星加重至那程度前﹐支持著這顆中子星的內部壓力——中子簡并壓力——將無法繼續抵受這顆中子星的引力﹐然後它會收縮。它將會收縮成什麼呢?這是一個物理學家們非常關心的問題﹐而答案卻是如此無奈。由於當中子星達到會使它收縮的重量時﹐它的體積已經非常接近它的史瓦西半徑﹐所以它一旦收縮﹐幾乎立刻就把自己隱藏起來﹐消失成為一個黑洞﹐我們再不可能探測到它了。

當我們從理論上研究﹐結果更是讓人迷茫。中子簡并壓力是我們所知最強的內部壓力。引力把中子簡并壓力戰勝後﹐我們的物理學再沒有任何武器能壓制著引力了﹐那顆不再能算是中子星的中子星只能一直不斷地收縮﹐最終成為一個奇點。

奇點就是沒有體積卻有重量的一點。其實它是不是真的沒有體積﹐我們也無法確定。因為在奇點裡﹐所有物理學理論都土崩瓦解﹐甚至預測了它存在的廣義相對論也無法形容它的物理性質。在量子物理學上更完全不能容許奇點存在。許多物理學家和數學家認為出現了奇點是廣義相對論的缺陷﹐可是除此之外﹐別的理論又無法解釋不斷收縮的中子星會變成什麼。其中也牽涉到廣義相對論和量子物理學的矛盾。

儘管廣義相對論預測了奇點﹐它卻需要有兩條件﹕塌縮為奇點的物體必須為絕對的圓形﹔空間裡除了該物體外必須是絕對的真空。這兩個條件﹐尤其是第二個﹐都是不可能完備的。因此廣義相對論其實並沒有告訴我們在現實的空間裡﹐奇點是不是真的能夠存在。總括而言﹐奇點存在與否導致了一系列現時的物理學無法解決的難題。

假如奇點真的存在﹐我們是否能借助它來實現時空穿梭呢﹖這問題我們是無法解答的。不但因為我們的物理學無法形容它的物理性質﹐也因為如若奇點真的存在﹐我們的物理學必然有一部分在奇點的範圍裡錯得非常厲害。

話說回來﹐如若奇點存在﹐它必然是一個黑洞(條件一﹕它有質量。條件二﹕它是小得無可再小的東西﹐必然小於它本身的史瓦西半徑。) 。因此我們要接近它的話﹐我們便要走進它的史瓦西半徑內。在這種距離﹐無法抗拒的的引力必然把任何生物殺死。因此便是奇點裡面有時空穿梭的途徑﹐我們也唯有望洋興嘆而已。

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