破解宇宙黑洞之谜 宇宙或存在四维空间

2018-03-14 12:47  来源:www.lieqie001.com  编辑:覃主编  已有()人围观
导读: 黑洞的神奇之处在于,事件视界在我们的三维宇宙中是二维的。这意味着黑洞中存在有一些我们无法认知的事物。 尽管近几十年来,科学家对宇宙的认识有了巨大的进步,但宇宙从何而来仍是一个悬而未解之迷,神秘的黑洞也同样令天文学家大为困惑。现在,一些科学家...

 破解宇宙黑洞之谜 宇宙或存在四维空间

黑洞的神奇之处在于,事件视界在我们的三维宇宙中是二维的。这意味着黑洞中存在有一些我们无法认知的事物。  

尽管近几十年来,科学家对宇宙的认识有了巨大的进步,但宇宙从何而来仍是一个悬而未解之迷,神秘的黑洞也同样令天文学家大为困惑。现在,一些科学家开始考虑这两者是否以某种方式存在联系。  

在时间的开端,即138亿年前,整个宇宙只有一个致密炽热的能量点,描述空间、时间、物质和能量的物理定律在这里不再适用——这就是奇点。然后,宇宙大爆炸,直至今天的模样。  

在目前的宇宙中,唯一会出现奇点并且物理定律完全失效的另一个地方就位于黑洞的事件视界之中,这是当前的科学理论所无法解释的。事件视界就像一层具有防护性且不透明的包围绕着黑洞。  

在2014年首次提出并且目前正在接受严肃审查的理论声称,我们的宇宙是诞生自一个巨型黑洞的奇点。  

简而言之,我们的三维宇宙有可能围绕着一个四维宇宙的事件视界。  

这项2014年来自周理论物理研究所(PerimeterInstitute)和滑铁卢大学(UniversityofWaterloo)的研究认为,在这一假设下,当一颗恒星在四维的宇宙中坍缩成一个黑洞时,我们的宇宙就此形成。  

最近,来自波兰的路易克拉克大学(Lewis&ClarkCollege)的物理和天文学教授EthanSiegel重新审视了这个理论,他解释了一个黑洞如何在另一个宇宙中形成,而导致物质“落入”我们的宇宙。  

Siegel博士认为,当第一个黑洞从恒星核心的内爆和坍缩中形成时,事件视界第一次出现,然后随着越来越多的物质持续落入其中,事件视界迅速扩张并持续增长。  

如果把一个坐标网格放在这个二维的包围上,那就会发现它起源于网格线非常紧密的地方,然后随着黑洞的形成而迅速扩张,再之后随着物质以低得多的速度落入其中而使得扩张变得越来越慢。至少在概念上,这与我们所观测到的我们三维宇宙的膨胀速率相吻合。  

那么,我们的宇宙不是起源一个奇点,而是作为不断增长的四维黑洞所产生的包围吗?科学家不能排除这种情况,虽然更高的维度可能是在于我们的经验之外,但它们可以很好地解释我们的宇宙起源。  

宇宙中的超级谜团银河系中央黑洞竟是虫洞  

宇宙中的超级谜团,银河系中央黑洞竟是虫洞。宇宙对于人类来说充满着神秘感,人们想要知道宇宙之中到底存在着那些秘密,但是随着调查的深入,谜团却越来越多。  

黑洞是现代广义相对论中,宇宙空间内存在的一种密度无限大体积无限小的天体。黑洞的引力很大,使得视界内的逃逸速度大于光速。黑洞无法直接观测,但可以借由间接方式得知其存在与质量,并且观测到它对其他事物的影响。借由物体被吸入之前的因高热而放出和γ射线的“边缘讯息”,可以获取黑洞存在的讯息。  

时空洞(sofa)又称爱因斯坦-罗森桥,也译作蛀孔或蠹孔。是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道。虫洞是1916年由奥地利物理学家路德维希·弗莱姆首次提出的概念,1930年由爱因斯坦及纳森·罗森在研究引力场方程时假设的,认为透过虫洞可以做瞬时的空间转移或者做时间旅行。  

据英国媒体2016年10月22日报道,意大利一项最新研究成果显示,银河系的中央可能确实存在着通往另一个宇宙的巨大入口,而且这个入口完全可以容纳一艘宇宙飞船通过。根据这项最新研究,与电影中通过时空隧道实现星际穿越的方式类似。  

人类可以通过虫洞(天体物理学术语,又称爱因斯坦-罗森桥,是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道),前往另一个宇宙是完全有可能的。意大利学者在《物理年鉴》(AnnalsofPhysics)刊物上发表的这项最新研究成果认为,银河系中存在的扭曲时空的黑洞——集中重力的区域,可能就是伪装的虫洞。  

此前,科学家发现银河系存在着超大的黑洞。这些意大利科学家根据复杂的数学模型做出了上述结论,称这个入口可能是由暗物质组成的。意大利的里雅斯特市高深研究国际学院(InternationalSchoolforAdvancedStudies)地帕罗·萨卢希(PauloSalucci)教授说,他们的结论是,银河系可能确实存在着至少一个隧道,大小甚至可能与星系一样大。  

萨卢希说,与银河系类似,其他星系也可能存在着虫洞。他说,根据他们的推测,人们可以通过这些隧道穿梭、航行,如同电影中星际穿越镜头中所看到的情景。只能说,科学家目前想的太天真了,事情绝非如此简单。  

在巨型旋涡星系中发现超大质量黑洞  

近日,中欧射电天文学家在巨型旋涡星系ngc5252的星系盘附近发现了另一颗伴有显著射电喷流的超大质量黑洞。相关成果发表于《英国皇家天文学会月报》。发现这类双黑洞系统,将有助于天文学家探索巨型星系和黑洞形成之谜。  

ngc5252是一颗距离银河系大约300万光年的巨型旋涡星系。2015年,天文学家注意到其星系盘附近存在一个结构致密的奇异天体cxoj133815.6+043255,它从高能x射线到射电波段都有很强的辐射。为了揭示其射电辐射背后的秘密,瑞典onsala天文台博士、上海天文台客座研究员杨军领导了一支国际研究团队应用欧洲甚长基线干涉网,对其开展了史上最高分辨率的成图观测研究。  

新疆天文台博士杨小龙表示,“从分辨率接近毫角秒的图像上看,这个奇异天体拥有结构致密的射电喷流。”其导师刘祥指出,“此喷流最有可能产生于一颗超大质量黑洞。”考虑到ngc5252星系中心还存在着一颗超级黑洞,上海天文台研究员安涛强调,“两颗超级黑洞距离如此接近,并且都有射电喷流,这是异常难得的观测发现。”  

这个黑洞是如何游弋到ngc5252星系附近的?这对超级黑洞是否最终会合并到一起?对此,天文学家目前尚无法给出明确答案,但如果能发现更多类似的成对超级黑洞系统,天文学家将能通过统计研究方法探索这类双黑洞系统的起源和命运。  

如何在实验室里制造一个黑洞?  

黑洞是物理学家的宝:我们可以在它身上,看到许多奇特的物理现象,验证许多物理学概念,但是目前,我们还没有办法对黑洞进行直接观测。  

黑洞不产生任何辐射。它们既不发光,其本身也不释放X射线。没有这些媒介,望远镜无法工作。  

幸运的是,物理学家办法很多,他们在实验室里造出了形形色色的模拟黑洞,试图通过间接的方法,揭开许多谜团。  

JeffSteinhauer是一位来自以色列理工学院物理系的学者。他宣称用一个模拟的黑洞,确认了霍金辐射的存在。在霍金的预言中,黑洞能够缓慢地产生辐射。而这种辐射,是由黑洞视界处正负粒子对的自发产生引起的。  

视界是一切——包括光线在内——都无法逃离的黑洞边界。视界处自发产生的粒子对中,如果有一个被黑洞俘获,那么另一个就会被抛入太空。  

Steinhauer的实验,首次向人们展示了视界处可能确实存在着某种符合霍金计算结果的自发性波动。  

但该实验的结果,是否足以证明宇宙中的黑洞会产生霍金辐射还是有疑问的。原因就在于,Steinhauer的黑洞并不是严格意义上的黑洞。我们无法制造出足以形成黑洞的强大引力场。在这个实验中,Steinhauer用声波替代了光。  

“这些声波,就像是在河中逆流而上的人,河水的流速远高于人游泳的速度.Steinhauer说。  

他的研究团队把一团原子气体云冷却到了接近绝对零度,制造出了一种所谓的“玻色-爱因斯坦”凝聚态物质。在把气流加速到超音速后,人们便得到了一个声波无法逃逸的系统。  

Steinhauer的观测结果,以论文的形式发表在了八月出版的《自然-物理学》杂志上。他不但在实验中对霍金辐射进行了研究,还观测了坠入黑洞和未坠入黑洞的粒子间存在的“纠缠”特性。  

模拟黑洞的概念,其实在1980年代就已经有了。当时是由WilliamUnruh提出来的,是直到2009年,人们才在实验室中造出实体。  

科学家的目的,大多是想用这种方法来观测霍金辐射。Steinhauer也是如此,他有幸成为第一位成功者。  

事实上,他设计的这个模拟黑洞,在科研中有广泛的使用价值。许多科学家相信,通过这种方式,人们或许能够更加有信心地去面对当今物理学中的最大难题——如何将不相容的引力理论和量子力学结合起来。  

要模拟一个黑洞,可以有各种方法。但它们的原理是相似的:要有一个临界点,能够用来对应黑洞的视界;要有某种振荡,能够用来对应光。  

玻璃  

2010年,一些来自米兰大学的物理学家,用强烈的激光脉冲照射二氧化硅玻璃,制造出了一个模拟黑洞。他们还在这个“黑洞”身上观测到了霍金辐射。  

这些科学家先是朝着二氧化硅玻璃内部发射了一个激光脉冲,该脉冲的强度足以改变玻璃的折射率。随后他们发射第二个。  

由于折射率已经被改变,因此第二个脉冲在玻璃内的传播速度会变慢,且最终停滞。通过这样的方法,他们造出了一个光线无法穿透的“视界”。  

偏振子  

2015年,一个由HaiSonNguyen领导的科研团队,向人们展示了一种利用偏振原理制造出来的声波黑洞。  

偏振子是一种名为“准粒子”物质的奇特状态,它们由光子和被光激发的物质混合而成。该装置的主体部分是一个用砷化镓制成的微型空腔。空腔上有一个缺口。聚集于空腔内部的激光一旦击中腔体,便会在缺口处产生偏振子。缺口处的激发粒子运动速度一旦超过音速,就会形成一个声波无法逃逸的视界。  

该团队到目前为止,还没能在这个实验中观察到霍金辐射。但学者们相信,在未来的实验中,可以通过测量粒子流密度的变化,来感知逃离粒子带来的波动。如果把偏振子冷却到“玻色-爱因斯坦”凝聚态,人们还可以用它来模拟虫洞。  

水  

洗澡的时候,在我们的趾间流入排水口的水,竟然与黑洞有着某些相似之处。诺丁汉大学的SilkeWeinfurtner博士制造了一个可被称为“浴缸旋涡”的模拟黑洞。这是一个2000升的方形水槽,中心有一个倾斜的漏斗。水从水槽顶部和底部注入。水一旦抵达漏斗处,便会在角动量的作用下形成一个旋涡。  

在这个“黑洞”身上,与光线对应的,是水面的涟漪;如果我们往水流中扔一个石子,离旋涡越近的涟漪就越难扩散。因此存在着这么一个临界点,能够让涟漪无法扩散——这个临界点,就是它的视界。  

该实验对模拟自旋黑洞附近的奇特物理现象尤其擅长,而这正是Weinfurtner研究的课题。  

Weinfurtner的麻烦在于,这个黑洞不具量子特点;一切都存在于常规状态下,因此我们只能从它身上观察到经典力学现象。“这不是一个纯净的系统,”她说。“但我们可以随意摆弄它,它经得起折腾。相信同样的现象也会发生在天体物理学里。”


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