世界不思議

黑洞裡面長什麼樣?那裡可能有一個神奇的分形宇宙


黑洞有很多種。有些已在一定程度上被觀測證實,甚至還拍了照片,而有些還只停留在理論上。

對於理論上的黑洞,物理學家依然十分感興趣,因為它們的數學結構反映了物理學中合乎邏輯的可能,它們身上的一些特點也有可能出現在現實黑洞身上。

所謂的帶電黑洞(electrically charged black hole)就是這樣一種理論模型。它們和現實中的自旋黑洞在數學結構上有很多相似之處。

帶電黑洞理論認為,它們的表面覆蓋著一層量子場的「迷霧(haze)」。這層「迷霧」在引力的作用下與黑洞表面(視界)交織在一起,同時又被黑洞的電斥力向外推。近日arXiv.org上的一篇論文還認為,這層「迷霧」具有超導特性,可將其視為一種全息的超導體(holographic superconductor)。

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帶電黑洞的視界內部,有一個所謂的內視界(inner horizon),是一個充斥著強量子能的區域。而內視界裡面是一個蟲洞,理論上可以將宇宙中相隔遙遠的兩個區域連接起來。

帶電黑洞的視界和內視界在一定條件下是可穿越的。但在這種條件下,黑洞內部的蟲洞會瓦解。

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由於這類黑洞表面的超導特性,我們在穿越其視界和內視界時,會經歷空間的往復振蕩,亦即所謂的「約瑟夫森振蕩(Josephson Oscillations)」。而由於蟲洞已瓦解,當我們靠近黑洞中心時,還能看到一種難以描述的奇異景象。

在那裡,空間會在不同的方向上以不同的速度拉伸和畸變。這種畸變會在越來越小的尺度上一次又一次地被觸發,無限循環,形成一個令人眼花繚亂的分形宇宙(fractal universe)。

這個分形宇宙的中心就是奇點,一個密度無限大的點,集中了黑洞從外部世界攫取的所有質量。

奇點是已知物理學的終結者,一切定律和法則,在它那裡都是無效的,因此也是不可描述的,就連它在現實世界中的投影是否有體積都是個謎。

作為天體物理學中的一座聖杯,黑洞讓無數天才科學家為之折腰。黑洞的內部結構究竟為何我們無從知曉,但是藉助數學,我們卻能窺知一二。

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