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Feb. 19 2014

我們是否生活在黑洞中?

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  • 我們是否生活在黑洞中?

我們的宇宙有可能存在於一個廣闊的黑洞裡。

在相當活躍的NGC 1433星系中,一個驚人的螺旋狀形體(如圖)顯現出物質飄入一個黑洞、供其燃燒的情景。圖中也看得見一道自黑洞衝出的物質噴流。
PHOTOGRAPH BY ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/ESA/F. COMBES

撰文:Michael Finkel

 

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讓我們倒轉時光。在人類出現、地球誕生、太陽燃燒、星系形成、有光照射之前,先是發生了「大爆炸」。這是138億年前的事。

那在大爆炸之前呢?許多物理學者說,在那之前什麼都沒有。他們堅稱,時間是在大爆炸發生的那一刻開始流動的,思考在那之前的事並不屬於科學的範圍。我們永遠不會知道大爆炸發生前的實相是什麼樣子、它是由什麼東西形成的,還有它為什麼會爆炸、創造出我們的宇宙。這樣的概念超乎人類所能理解的範圍。

但是少部分打破傳統的科學家不這麼想。這些物理學者推論在大爆炸發生前一刻,所有剛開始出現的質量與能量都被壓縮在一個密度非常非常大──但還是有極限──的微粒中。我們姑且稱之為一個新宇宙的種子。(延伸閱讀:〈宇宙的起源〉

科學家認為這顆種子小得無法想像,很可能比人類觀察得到的任何粒子都還要小上幾兆倍。但這個粒子卻能觸發每一個其他粒子的產生,更遑論每一個銀河系、太陽系、行星,以及每一個人類了。

如果你非得把某個東西稱為「上帝粒子」不可,那這顆種子似乎很適合。

怎麼會有這顆種子?有一種流傳了好幾年──美國紐黑文大學的尼克蒂姆.波普拉維斯基對此格外不遺餘力──的說法是,我們的宇宙是從終極熔爐中冶煉出來的,這個熔爐很可能是大自然中最極端的環境,那就是黑洞內部。

多重宇宙,多重倍增

在更深入探討之前,我們必須知道在過去數十年間,許多理論物理學者開始相信我們的宇宙並非唯一的一個宇宙。反之,它可能是多重宇宙的一部分,而多重宇宙則是浩瀚無垠的一系列個別宇宙,每個宇宙都是在真實的夜空中閃耀的一個天體。

一個宇宙如何,或者有沒有與另一個宇宙連結,引發了許多爭論;所有的論述多靠臆測推論而來,目前完全無法證實。但有一個令人信服的說法:宇宙的種子和植物種子類似,是一堆被壓縮密實的基本元素,藏在一個保護殼裡。

這精確地描述了黑洞內部創造出來的是什麼。黑洞是巨大恆星的殘骸。在這種恆星將燃料燒盡後,它的核心會向內塌縮。重力將一切往內拉,而且這股拉力愈來愈強大。溫度會達到約攝氏550億度。原子遭到瓦解。電子被粉碎。而那些碎片又再繼續分解。

這時候,恆星已經變成了黑洞,也就是說它的引力強大到連光線都無法逃逸。黑洞內外的邊界稱為「視界」。幾乎每一個星系的中央都已經發現有巨大黑洞存在,包括我們的銀河系,其中有些黑洞的質量比太陽還要大上數百萬倍。

無止盡的疑問

如果你用愛因斯坦的理論來推測在黑洞底部會發生什麼事,你會得出一個密度無限大、體積無窮小的點:這個假設性的概念稱作「奇異點」。但是大自然中一般不存在「無限」這種事情。其中的矛盾來自愛因斯坦的理論。他的理論能為大部分的宇宙做出精彩推演,但是在面對強大力量(例如黑洞中的引力或我們宇宙誕生時的威力)時,就亂了套。

像波普拉維斯基博士這樣的物理學者說,黑洞裡面的物質還是會達到一個無法繼續分裂的境界。這顆「種子」或許極其微小並具有10億個太陽的質量,但它和奇異點不同,它確實存在。

根據波普拉維斯基博士的說法,壓縮的過程會停止,是因為黑洞會旋轉。它們的旋轉速度極快,可能接近光速。而這樣的旋轉為被壓縮的種子帶來非常大的扭力。這顆種子不僅又小又重,也相當扭曲及密實,就像放在罐子裡那些裝上彈簧的整人玩具蛇。

而這隻玩具蛇可能會突然彈起來,發出「碰」的一聲。那就是「大爆炸」──波普拉維斯基博士喜歡稱它為「大反彈」(the big bounce)。

換言之,黑洞有可能是個管道,一扇介於兩個宇宙之間的「單向門」,波普拉維斯基博士說。所以如果你掉進銀河系中心的黑洞,可以想見你(或至少你被撕碎後剩下的粒子)將會到達另一個宇宙。波普拉維斯基博士補充說,這另一個宇宙並不在我們的宇宙當中;黑洞僅僅是兩者之間的聯繫,就像兩顆白陽木所共有、將它們連結起來的根

那我們這些生活在我們這個宇宙的生物呢?我們有可能是另一個較久遠宇宙的產物。就叫它我們的宇宙母親吧。這個宇宙母親從一個黑洞中冶煉出來的種子大概在138億年前做出了「大反彈」,而且儘管我們的宇宙一直以來都在迅速擴大,我們依然有可能被隱藏在某個黑洞的視界後方。

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