美國物理學家：每個黑洞內都含有一個宇宙

2010-04-19 20:41

超級黑洞(圖片提供：NASA/CXC/CfA /R.Kraft et al., MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. and ESO/WFI)

北京時間4月19日消息，據美國國家地理網站報導，美國物理學家表示，我們的宇宙就像是俄羅斯套娃的一部分，可能棲身於一個黑洞內，而這個黑洞本身又是一個更大宇宙的一部分。反過來，迄今在宇宙中發現的所有黑洞——從微小黑洞到超大質量黑洞——可能都是通向其他世界的通道。

黑洞是宇宙間的通道

根據一個離奇古怪的新理論，黑洞其實是宇宙間的通道——一種蟲洞。從理論上講，蟲洞是連結白洞和黑洞的多維空間隧道，無處不在，但轉瞬即逝。這種理論認為，黑洞吸收的物質沒有如預測的那般被破壞成一個點，而是在黑洞的另一端噴湧出一個「白洞」。所謂白洞是廣義相對論預言的一種與黑洞相反的特殊天體。

美國印第安納大學物理學家尼克蒂姆-波普拉維斯基(Nikodem Poplawski)日前在《物理快報B輯》上發表了一篇論文，文中提出了一種新的數學模型，用以描述墜入黑洞物質的螺旋運動。按照波普拉維斯基得出的方程式，這種蟲洞是「時空奇點」的切實可行的替代物，著名物理學家阿爾伯特-愛因斯坦預測「時空奇點」存在於黑洞的中心。

根據愛因斯坦廣義相對論方程式，奇點形成於特定區域內物質過於稠密的時候，所以，這種事情可能會發生於黑洞的超密度中心。愛因斯坦的理論認為，奇點不佔用任何空間，密度無限大，溫度無限高——這一概念得到了大量間接證據的支持，可由於聽上去離奇古怪，使得許多科學家難以接受。

如果波普拉維斯基的理論最終被證明是正確的，這些科學家可能會改變他們的立場。根據新的數學模型，黑洞吸收並看似破壞的物質實際上被驅逐出去，成為另一世界中星系、恆星和行星的基礎物質。波普拉維斯基表示，黑洞為蟲洞的概念或能解釋現代宇宙學的某些謎團。例如，宇宙大爆炸理論認為，宇宙是以奇點為起點開始演變的。

諸多謎團或迎刃而解

不過，這種奇點是如何在大爆炸後的第一時間形成的，科學家對此沒有一個合理的解釋。波普拉維斯基指出，如果我們的宇宙誕生於「白洞」而非奇點,「將會解決黑洞奇點這道難題，而大爆炸奇點也將迎刃而解。」另外，蟲洞或許還能解釋伽瑪射線爆發的成因。伽瑪射線爆發是宇宙中強度第二大的爆炸，僅次於宇宙大爆炸。

伽瑪射線爆發發生於已知宇宙的邊緣，似乎與遙遠星系中的超新星(即恆星爆炸)存在聯繫，但準確來源還是一個謎。波普拉維斯基認為，伽瑪射線爆發可能是另外一個宇宙在釋放物質，這些物質也許通過那些星系中心的超大質量黑洞逃到我們的宇宙，雖然尚不清楚整個過程是如何發生的。

波普拉維斯基說：「這個概念有點兒瘋狂，但結果誰又知道呢？」目前至少有一種辦法可以驗證波普拉維斯基理論是否正確：宇宙中的一些黑洞旋轉，如果我們的宇宙誕生於一個同樣旋轉的黑洞，那麼宇宙應該「繼承」了這個「母宇宙」的旋轉特性。據波普拉維斯基介紹，如果未來的實驗證明宇宙以其偏愛的方向旋轉，這將是支持他的蟲洞理論的間接證據。

物理學家表示，蟲洞理論或許還有助於解釋宇宙某些特徵源於理論預測的原因。根據標準物理學模型，在大爆炸以後，宇宙的彎曲度應該隨時間增加，所以在137億年過後，我們應該處於一個封閉、球形宇宙的表面。然而，大量觀測數據表明，宇宙四面八方都是扁平的。此外，來自早期宇宙的光線數據表明，在大爆炸剛發生後，宇宙中一切物質的溫度都大體相同。

這意味著，我們在宇宙相反水平線看到的最遙遠天體曾經距離我們的宇宙非常近，以致相互作用，達到均衡，就如同封閉密室中的氣體分子一樣。觀測結果之所以再度與科學家的預測不相符，是因為在已知宇宙中，距離最遠的天體相隔如此遙遠，以致以光速在兩者之間旅行所花的時間超過了宇宙的年齡。為說明這種差異，天文學家提出了膨脹概念。膨脹理論認為，在宇宙形成後不久，它經歷了一個快速成長期，在此期間，太空本身以快於光速的速度膨脹。

「外來物質」誘發宇宙膨脹

膨脹在瞬間將宇宙從不到一個原子大，迅速拉伸至是原來大小的天文數字比例。宇宙因此顯得扁平，因為從我們的角度看，我們所處的球體無比龐大——正如對於站在一望無際田野上的人來說，球狀地球看上去扁平的。膨脹理論還能解釋如今相距遙遠的兩個天體，在過去距離非常之近，足以相互作用的原因。

但是，假設膨脹理論是正確的，天文學家總難以解釋清楚引起宇宙膨脹的原因。正是在這種背景下，新蟲洞理論誕生了。據波普拉維斯基介紹，一些膨脹理論之所以宣稱宇宙膨脹是由「外來物質」引起的——這種科學家假設的物質不同於正常物質，一定程度上是因為「外來物質」被排斥而非被引力所吸引。

基於他的方程式，波普拉維斯基認為這種外來物質可能形成於第一批超大質量恆星崩潰變成蟲洞的時候。他說：「形成蟲洞的外來物質和引發宇宙膨脹的外來物質之間可能存在某種關係。」實際上，波普拉維斯基並不是科學界提出其他宇宙存在於黑洞內的第一人。美國亞利桑那州立大學理論物理學家達蒙-伊森(Damien Easson)在以前的研究中也做出了這種猜測。

他沒有參與波普拉維斯基的最新研究。伊森在談到波普拉維斯基的方程式時說:「這一理論新鮮之處在於提出廣義相對論中的蟲洞解決方案，即蟲洞充當了外部黑洞通向內部新宇宙的通道。在我們的研究中，我們只是提出這種方案可能會存在，但波普拉維斯基發現了真正的解決方案。」

新理論未解決根本問題

儘管如此，伊森在一封電子郵件中稱，蟲洞理論依舊存在諸多疑問：「這一構想可能嗎？可能。這種假設可能嗎？這我不清楚。但它肯定是令人感興趣的理論。」伊森指出，量子引力(研究亞原子水平下的引力)的未來發展或能精進這些方程式，支持或反駁波普拉維斯基的理論。

美國加州大學戴維斯分校物理學家安德烈斯-阿爾佈雷希特(Andreas Albrecht)表示，總體而言，蟲洞理論令人很感興趣，但在解釋宇宙起源問題上難稱突破。阿爾佈雷希特也沒有參與波普拉維斯基的研究。他認為，蟲洞理論認為我們的宇宙形成於「母宇宙」噴射的物質，這只是將該創世事件過渡到另一個世界。換句話說，該理論未能說明「母宇宙」是如何形成的，以及它為何具有那些特性——即我們宇宙繼承的特性。

他說：「我們正嘗試解決一些確實緊迫的問題，目前尚不清楚這些問題是否能提供一個解決之策。」阿爾佈雷希特並未覺得蟲洞理論比黑洞奇點理論離奇，他警告人們不對新理論展開深究，因為它聽上去還有些道理。阿爾佈雷希特說：「在這個領域，人們提出的任何問題都十分離奇。你不能說不離奇的概念會贏得勝利，因為大千世界無奇不有。」