黑洞里有无限个分形宇宙?比平行宇宙更诡异,真有这样的黑洞吗?

在这个宇宙中,没有什么天体比黑洞更加诡异了。这种无所不吞的神秘天体,拥有着一个事件视界,可以让内部所有的光都无法逃脱,成为了人类不可探测的鬼蜮。
进入黑洞到底会怎么样,没有人知道。有人说黑洞连通着虫洞,可以让一个人穿越时空。更有甚者,认为黑洞里还有另外的宇宙。
别看网上关于黑洞的文章到处都是,其实人类对于黑洞的了解还非常有限。甚至包括黑洞的种类,目前也没有完全搞清楚。从理论上来说,有些黑洞带电荷,有些黑洞不带电荷;有些黑洞非常巨大,有些黑洞小到微观尺寸;有些黑洞在高速自转,有些黑洞看起来静止不动;有些黑洞周围一片虚无,有些黑洞包裹在尘埃之中。
其中有一些黑洞我们已经发现了,比如带有巨大吸积盘的黑洞,我们甚至还给它的吸积盘拍摄了照片。但是还有很多黑洞,至今仍然只存在于理论之中,没有得到观测的证实。许多理论物理学家对黑洞凭借着繁杂的数学公式和极端的物理法则,推测出了黑洞里可能发生的许多诡异事情。
这里面一种黑洞非常有趣,它们是带电的,处于反德西特空间中。这种空间说起来非常复杂,它是爱因斯坦场方程在宇宙常数为负时的最大对称真空解,对应负的宇宙学常数,几何曲率也为负,形状类似于马鞍。这种空间听起来和我们的宇宙格格不入,因为它会导致所有物质都坍缩到一个黑洞之中。但是,科学家仍然发现了其中的有趣之处,值得深入思考,甚至令人震惊。
科学家发现,这种带电的黑洞和自转的黑洞有很多相似之处。而旋转的黑洞虽然已经被发现,但远不如带电黑洞更容易通过数学进行推导和理解。因此,科学家们玩了一次“投机取巧”,通过对带电黑洞的分析来理解这些旋转的黑洞。
有趣的是,物理学家们发现,当这些黑洞的温度降到相对比较低的程度时,在它们周围会出现一层量子场的迷雾。这些迷雾附着在黑洞表面,承受着黑洞巨大的引力;但它们并不会被黑洞吞噬,而是在电荷相斥的作用力下受到向外的力,二者达到了平衡。这些稳定存在于黑洞周围的迷雾,形成了一个超导体
超导体是当今世界上比较重要的课题之一,可以实现0电阻的电流传输。但是,还从来没有人见到过这样极端环境下的超导体会表现出怎样惊人的特性,因此这样的理论分析也有助于科学家理解它们的数学结构,并且有可能给我们带来令人震撼的全新认知。
那么,在这样诡异的黑洞之中,到底隐藏着一个怎样的世界呢?最近,科学家们提出了他们的猜测。
首先我们来了解一下,在我们正常时空下的带电黑洞是什么样的。我们知道,黑洞都有一个事件视界,在这里连光都无法逃脱。除此之外,黑洞还有一个内部视界,这是一个量子能量极强的区域。再接下来,就是数学计算的领域了。理论上来说,黑洞可能连接着一个虫洞,另外一头则通往了白洞,虽然我们还没有发现也没有证伪。
实际情况是,我们目前没有发现过这样的黑洞,很多科学家也对此有很大的质疑。因为根据数学的推导,从内部视界开始,我们时空下的带电黑洞就崩溃了。除非有科学家建立了新的物理理论,否则带电黑洞的研究很难走得更远。但是,如果是在反德西特时空下,带电黑洞就不会遇到这样的问题。而在最近的研究中,物理学家正是对这种极端情况下的黑洞进行了分析,并称之为超导黑洞。
研究表明,超导黑洞的内部视界并不像普通黑洞那样恐怖,将被吞噬的一切都撕得粉碎,而是可以允许人或者物质顺利通过。不过,这也不意味着它就是人类要寻找的虫洞,因为理论上来看,这里的虫洞也会被撕裂,无法承担起穿越时空的重任。
但是,超导黑洞也有它的神奇之处,假如你能够进入到它的内部,即使你看不到其他黑洞的内部视界,但是依然会发现这里有稀奇事发生。
通常来说超导体内部会发生约瑟夫森振荡(Josephson Oscillations),而在超导黑洞中,空间本身也会发生震荡。所以,当你进入超导黑洞内部时,首先会随着这里的空间展开一段十分颠簸的旅程。先别着急回家,守得云开见月明,当你越过震荡区域后,真正有趣的事情就发生了。
研究人员认为,在超导黑洞的最内部,你会看见一个十分诡异、正在膨胀的迷你宇宙。在这个宇宙中,空间会在不同的方向以不同的速度拉伸和变形。
进一步的分析还表明,在特定的温度下,这个迷你宇宙中的空间还会引发新的振荡,然后里面还有一个正在膨胀的空间,接下来又是新的振荡、膨胀的空间…如此无限循环下去。还记得我们介绍过的分形吗?这就是一个分形宇宙!
所谓的分形,通常可以描述为:“一个粗糙或零碎的几何形状,可以分成数个部分,且每一部分都(至少近似地)是整体缩小后的形状”比如下面这些图形,都是典型的分形结构——
科赫三角形
康托尔集
罗马花椰菜
同样的,这种分形宇宙也是在不断地从大尺度到小尺度往复循环,无休无止地发展下去,在不同部分有自相似性。听起来这有点像平行宇宙,但它和平行宇宙有着本质上的区别。我们不可能看到它的终点,但是可以想象那将会非常神奇。在这个分形宇宙的中心,就是黑洞的奇点——所有被黑洞吞噬的物质都集中在这里,没有空间,密度无限大。
在奇点处到底还有什么更加诡异的事情,科学家也说不出来。所有目前已知的物理学定律,在奇点都会崩溃失效,我们需要更加高深的物理理论才有可能解释这个诡异的世界。
宇宙中有黑洞,黑洞中有宇宙,这听起来像是一个哲学的命题。谁知道呢,也许这个宇宙就是这么诡异,处于各种各样的无限循环之中。
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