为什么黑洞内部的时空是逆转的?

2022年12月08日16:28:17 科学 1657

根据对全息原理的一项研究,物理学家们对相对论提出了重要的新认识,并发现,黑洞内部发生了一些奇特的物理现象,那就是时空在黑洞内部是逆转的。

在我们所认知的世界中,物理过程与时间方向,是完全对称的。或许你不能理解这个含义,举个例子说吧,当你观看一个左右不停摆动的钟摆,你无法确定时间是正向流动还是逆向流动,但钟摆最终会由于摩擦而减速,最终停止摆动,这时候我们认为,时间的流动是正向的,当然,这是我们所定义的时间正向流动,时间的方向性和我们对它的感知,被英国天文学家亚瑟爱丁顿称为“时间之箭”,它与宇宙的熵有关。

熵值通常被描述为系统无序度的量度,也就是说,随着时间的增加,宇宙会变得越来越无序。如果你对这个概念也觉得有些混乱的话,那么我们再举个例子,比如说我们的家,如果不清洁打扫的话,家里就会越来越乱,被你搞的乱七八糟的屋子,随着时间的流动,不会自己变得越来越整洁,而是只会越来越无序·,这就是熵。因此,许多科学家认为,熵和我们对时间的感知之间,一定存在某种联系,如果我们看到一个破碎的鸡蛋,在地上重新组合成一个完整的鸡蛋,并自己跳回到蛋槽里,我们就会知道,时空发生了逆转。

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物体的熵是一个广泛的属性,它与体积成正比,1974年发现,黑洞的熵,实际上与事件视界的面积有关,事件视界是将观察者与黑洞分开的时空边界,在黑洞内,没有任何东西能逃出事件视界之外。这一发现导致了全息原理的定义,该原理指出,在有关三维空间中,我们所观察的黑洞的所有信息,都被编码在其二维表面上,这类似于我们在三维空间里拍摄的影片,当我们在屏幕里看到时,就变成了二维一样。这项新研究,试图弥补黑洞物理学中的一块重大缺失,那就是黑洞内的时间方向问题,其基本思想是基于全息原理。

我们把事件视界当做是一个全息屏幕,然后把过去黑洞的全息屏幕,和未来黑洞的全息屏幕做一个对比,当黑洞事件视界的熵值增加,时间就是正向流动的(我们所认为的正向),如果黑洞事件视界的熵值减少,时间就是逆向流动的,这是一个十分智慧的方法,但如何确定黑洞事件视界的熵值是增加还是减少呢?这是问题的关键。在热力学的定义中,熵可以看作是一个系统永远失去的能量,这个定律适用于整个宇宙,熵箭头与热力学第二定律是一致的,所以,当我们观测黑洞事件视界时,就可以根据热力学定律,来计算出黑洞的熵值增加还是减少。

于是,科学家们在观测和对比了黑洞事件视界的熵值变化后,产生了一个奇怪的结果,黑洞内部的事物反应到事件视界时,它熵值竟然是减少的,也就是,在黑洞内,所有事物变得更有条理,而不是变得更加混乱,因此可以说,黑洞内的热力学时间是倒退的。女物理学家内塔·恩格尔哈特告诉世界物理期刊:“黑洞内部的时空,很有可能是逆转的,虽然我们一直以来都认为,黑洞内部的时间是静止的,但很可惜,我都错了,不过,即便我们都错了,但仍然值得高兴,因为黑洞内部时间逆转显然比时间静止更让人兴奋。”

这是一个有趣的发现,不是吗?并且它解决了黑洞物理学中一个长期存在的问题。或许每个人都想体验一下,时间逆转是什么样的感觉,大家觉得呢?

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