為什麼黑洞內部的時空是逆轉的?

2022年12月08日16:28:17 科學 1657

根據對全息原理的一項研究,物理學家們對相對論提出了重要的新認識,並發現,黑洞內部發生了一些奇特的物理現象,那就是時空在黑洞內部是逆轉的。

在我們所認知的世界中,物理過程與時間方向,是完全對稱的。或許你不能理解這個含義,舉個例子說吧,當你觀看一個左右不停擺動的鐘擺,你無法確定時間是正向流動還是逆向流動,但鐘擺最終會由於摩擦而減速,最終停止擺動,這時候我們認為,時間的流動是正向的,當然,這是我們所定義的時間正向流動,時間的方向性和我們對它的感知,被英國天文學家亞瑟愛丁頓稱為「時間之箭」,它與宇宙的熵有關。

熵值通常被描述為系統無序度的量度,也就是說,隨着時間的增加,宇宙會變得越來越無序。如果你對這個概念也覺得有些混亂的話,那麼我們再舉個例子,比如說我們的家,如果不清潔打掃的話,家裡就會越來越亂,被你搞的亂七八糟的屋子,隨着時間的流動,不會自己變得越來越整潔,而是只會越來越無序·,這就是熵。因此,許多科學家認為,熵和我們對時間的感知之間,一定存在某種聯繫,如果我們看到一個破碎的雞蛋,在地上重新組合成一個完整的雞蛋,並自己跳回到蛋槽里,我們就會知道,時空發生了逆轉。

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物體的熵是一個廣泛的屬性,它與體積成正比,1974年發現,黑洞的熵,實際上與事件視界的面積有關,事件視界是將觀察者與黑洞分開的時空邊界,在黑洞內,沒有任何東西能逃出事件視界之外。這一發現導致了全息原理的定義,該原理指出,在有關三維空間中,我們所觀察的黑洞的所有信息,都被編碼在其二維表面上,這類似於我們在三維空間里拍攝的影片,當我們在屏幕里看到時,就變成了二維一樣。這項新研究,試圖彌補黑洞物理學中的一塊重大缺失,那就是黑洞內的時間方向問題,其基本思想是基於全息原理。

我們把事件視界當做是一個全息屏幕,然後把過去黑洞的全息屏幕,和未來黑洞的全息屏幕做一個對比,當黑洞事件視界的熵值增加,時間就是正向流動的(我們所認為的正向),如果黑洞事件視界的熵值減少,時間就是逆向流動的,這是一個十分智慧的方法,但如何確定黑洞事件視界的熵值是增加還是減少呢?這是問題的關鍵。在熱力學的定義中,熵可以看作是一個系統永遠失去的能量,這個定律適用於整個宇宙,熵箭頭與熱力學第二定律是一致的,所以,當我們觀測黑洞事件視界時,就可以根據熱力學定律,來計算出黑洞的熵值增加還是減少。

於是,科學家們在觀測和對比了黑洞事件視界的熵值變化後,產生了一個奇怪的結果,黑洞內部的事物反應到事件視界時,它熵值竟然是減少的,也就是,在黑洞內,所有事物變得更有條理,而不是變得更加混亂,因此可以說,黑洞內的熱力學時間是倒退的。女物理學家內塔·恩格爾哈特告訴世界物理期刊:「黑洞內部的時空,很有可能是逆轉的,雖然我們一直以來都認為,黑洞內部的時間是靜止的,但很可惜,我都錯了,不過,即便我們都錯了,但仍然值得高興,因為黑洞內部時間逆轉顯然比時間靜止更讓人興奮。」

這是一個有趣的發現,不是嗎?並且它解決了黑洞物理學中一個長期存在的問題。或許每個人都想體驗一下,時間逆轉是什麼樣的感覺,大家覺得呢?

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