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黑洞是一種非常詭異的天體,最初由愛因斯坦的廣義相對論所預言

2019年4月,人類歷史上第一張

黑洞

照片公佈,世界各國

科學家

利用

事件視界

望遠鏡對5350萬光年以外的M87星系核心處的超大質量黑洞進行了成像,讓我們見識到了黑洞的模樣。

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黑洞是一種非常詭異的天體,最初由愛因斯坦的廣義相對論所預言。由於具備著無與倫比的引力,連光都無法逃脫,因此我們是無法直接觀測到它的。所以,在很長一段時間裡,黑洞都只是停留在理論層面。

隨著射電望遠鏡的誕生,以及人類意識到黑洞的吸積盤和輻射的存在,我們可以漸漸地從側面來觀測這些宇宙怪獸。即便如此,還是有很多人不太能夠接受奇點的概念,認為所有的物質被集中在一個沒有體積的空間內是一件非常不可思議的事,於是對黑洞提出了質疑,並且還創造出一些概念,來代替黑洞的理論。

前不久,我們介紹了玻色子星的概念,這也是一些人認為可以代替黑洞的理論。今天,咱們再來介紹一種理論上的天體,它也是被用來質疑黑洞而創造的概念——暗星。

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根據廣義相對論,科學家們理解了宇宙空間是如何扭曲的。同時,我們知道,當一顆大質量恆星死亡時,它的核心會開始坍縮。如果這個核心的質量超過太陽的3倍,那麼它就會將所有物質擠壓到一個沒有任何體積的空間點上,這就是奇點,而這個天體就是我們所說的黑洞。

根據黑洞質量的不同,它們所能控制的宇宙空間範圍也不同。質量越大的黑洞,能夠吞噬越遠的光。而那個恰好能夠讓光無法逃脫的邊界,就叫做黑洞的事件地平線,其內部區域就叫事件視界。

任何闖入黑洞事件視界的物質,甚至是光,從此都不可能再逃離黑洞的魔爪,因此在事件視界內的所有空間,我們都是觀測不到的。在事件視界之外,或許我們還有機會看到一些東西。

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那麼問題來了,如果這些人真的要否定黑洞,那就要提出新的理論來解釋這些宇宙現象,他們要提出什麼理論呢?

關於黑洞,最主要的爭論焦點之一,就是奇點,很多科學家不喜歡接受“無限”的概念,而奇點偏偏就是無限小的空間、無限大的密度和時空曲率,這是他們所無法接受的。他們認為,這種被稱為黑洞的天體雖然的確將物質壓縮到了極小的空間內,但絕不是無限小,而是有一個極限——普朗克核心。

根據量子力學,隨著空間、長度的不斷切割,它是有一個最小極限的,這個極限就是普朗克長度,也就是1。6*10^-35米。誠然,這個尺寸也是小得驚人了,但絕對不是0。某些科學家相信,在所謂的黑洞核心處,存在的並不是一個沒有體積的奇點,而是縮小到普朗克長度就到達極限的普朗克點。

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如果核心處真的是普朗克點,那麼這種天體理論上就不具備事件地平線,也就是說它不可能吞噬光。這看起來和實際觀測是有矛盾的,因為我們確實觀測到了無法看到光的天體和空間。

科學家指出:這是因為普朗克點附近引力雖然不足以將光都吞噬,因此它不能叫做黑洞,我們可以稱之為暗星或者普朗克星。但它同樣具有著相當強大的引力,這就導致它周圍的空間的確表現得和黑洞的事件地平線非常雷同。想要分辨出二者的區別,對於觀測裝置的要求將會非常非常高,而這又遠遠超出了人類現有的觀測能力,因此矇蔽了人類的雙眼。

儘管聽起來可能有點不可思議,但是目前來說我們也沒有辦法完全推翻普朗克核心的這個概念。解決極端的問題,就是要用極端的方法和概念。因此,雖然普朗克星的概念仍然只是個雛形,但不論它最終成立與否,我們都沒有必要對它橫加指責。

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實際上,它也有一定的意義。因為在研究這個概念的同時,我們甚至有機會解決另一個宇宙謎題,那就是暗物質之謎。

根據科學家的研究,暗物質佔據了宇宙85%的質量,但是除了引力之外,不與可見物質發生任何相互作用。因此,長期以來,除了透過暗物質對可見物質的引力干擾之外,我們沒有其他研究這種神秘物質的更好辦法。

而最近,德國弗勞恩霍夫科學演算法與計算研究所的物理學家Igor Nikitin發表論文表示:普朗克星和暗物質之間,或許隱藏著我們還不知道的秘密。

他認為,如果所謂的黑洞真的是理論上的普朗克星的話,其普朗克核心可能會釋放出一些粒子到宇宙空間中。這些粒子有可能是人類已知的,也可能是僅僅存在於理論上的,甚至是完全未知的。也就是說,它也有可能就是暗物質的本質。

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Nikitin進一步闡述:如果我們以為是黑洞的天體真的是普朗克星,那麼它們就有可能不斷地放出暗物質流,這或許可以解釋星系內部恆星運動的規律,這也是科學家們最初確認暗物質存在的主要證據。

當然了,他的這篇文章也都是一種猜想,而且成立的可能性並不高,因為暗物質對於宇宙的影響絕不僅僅是導致星系中恆星執行規律與可見物質的引力不匹配那麼簡單。但是,科學家們質疑黑洞的想法仍然在很長的時間內都難以被推翻。

在未來,科學家們有可能還會提出更多的概念來代替黑洞,而陷於目前的科學水平,我們也的確很難證明奇點是否真的存在。如果奇點不存在,那麼宇宙大爆炸理論恐怕也將重新建立。

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因此,作為聯絡著宇宙中許多謎題的關鍵,黑洞遭受質疑意味著其他理論可能也會面臨挑戰。隨著替代理論越來越多,我們可能會發現越來越多其他方面的宇宙謎題。在確定奇點這個概念是否真實存在之前,恐怕這樣的爭論還將持續很久……

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