奔赴一场时间尽头的旅行


一个恒星的结束是一个黑洞的开始
如果有黑洞存在,那么具有负能量的虚粒子有可能落入黑洞,并变为实粒子。在这种情况下,这个虚粒子不再必须与它的伙伴发生湮灭;它那被遗弃了的伙伴同样有可能落入黑洞。不过,因为它具有正能量,也可能作为一个正粒子而逃逸至无穷远。
霍金
人们在凝视夜空的时候,漫天的繁星总是能激发人类的好奇心,随着望远镜的发明和观测技术的不断发展,早期的天文学家可以看到越来越远的宇宙。
牛顿的万有引力描述的是一个物体施加在另一个物体上的力,早在1783年英国科学家米歇尔在英国皇家学会的演讲上阐述了他自己的理论,他使用了牛顿定律来计算当一个恒星质量变得足够大时,连光都无法逃离,并把这种天体叫做——暗星。
众所周知的科学家爱因斯坦在1916年提出了广义相对论,爱因斯坦把空间和时间结合为一种称为时空的东西,引力的本质是时空的弯曲,空间不是平直的,而是被物质和能量弯曲了。
引力场方程:

方程式的一边是空间曲率,另一边是物质和质量
事实上爱因斯坦本人认为自己的理论带来的黑洞的这一想法是荒谬的,但那时候还没有可靠的观测数据和结果,直到如今我们利用了横跨地球半径的8台望远镜阵列拍摄到了黑洞的模样,在2019年再次验证了爱因斯坦的伟大理论。
爱因斯坦提出广义相对论仅过了一年,在一战战壕里一位名叫史瓦西的德国士兵给出了关于爱因斯坦场方程的精确解,他发现这是一个球状对称、不带电、不自转的物体的重力场的精确解。此解的一个结果是存在一个临界半径,这个半径称为史瓦西半径:

Rs为天体的史瓦西半径,
G为万有引力常数,M为天体的质量,c为光速
半径小于史瓦西半径的天体就成了黑洞。地球的史瓦西半径只有约9毫米,也就是说如果把地球的质量保持不变但是半径压缩为9毫米以下它就变成了一个黑洞。
史瓦西认为任何具有质量的天体都存在一个临界半径,在小于这个临界半径的区域(这个区域可以被视为黑洞的“内部”),任何物质都会有去无回,被无止尽地吸入这个天体的中心(奇点),这个临界半径被称为天体的事件视界。
1930年钱德拉塞卡根据相对论提出:当恒星演化到晚期的时候,如果质量超过某一临界值,那么在耗尽高温的核能源后,会坍缩成致密的天体——白矮星,这就是有名的钱德拉塞卡极限。1939年奥本海默和斯尼德利用广义相对论精确计算出了一颗热核能源耗尽的星体的另一个质量极限,如果天体的质量大于这个极限,就不可能成为稳定的中子星,它要么经过无限坍缩形成黑洞,要么形成介于中子星与黑洞之间的其他类型的致密星,这一质量极限被称为奥本海默极限。但随后,因为第二次世界大战这一理论在科学范围内并没有得到很快的发展,直到1967年惠勒正式提出了“黑洞”一词。惠勒用很优美的一句话简单概括了物质和空间的关系:物质告诉时空如何弯曲,时空告诉物质如何运动。(Matter tells spacetime how to curve, spacetime tells matter how to move.)
1965年,彭罗斯发表论文《引力坍塌和时空奇点》,彭罗斯提出的奇点定理在霍金之后的不断推广下,证明了“在合理的前提下,不可避免地宇宙中的奇点将存在”,从而黑洞也应该广泛存在于我们的宇宙中。
物质进入黑洞会发生什么?
黑洞内真的有奇点吗?
如果空间和时间折叠真的能穿越未来或过去吗?
很多问题还有待我们解决,人类那么伟大又那么渺小,我们能想象我们存在这个世界的意义,这使我们在这个宇宙中还算有那么点特别。



不要温和地走进那良夜,
白昼将尽,
暮年仍应燃烧咆哮,
怒斥吧,怒斥光的消逝。
虽然在白昼尽头,
智者自知该踏上夜途,
因为他们的言语未曾迸发出电光。
狄兰·托马斯

一起逃跑吗?在亿万年的星云中,奔赴一场时间尽头的旅行,在事件视界里,永远定格。