爱因斯坦的广义相对论预言了一种神秘天体的存在,这种天体会在巨大引力作用下,一直向内坍缩,所有物体都坍缩到一个体积无穷小的点,引发时空无限弯曲。
1969年,惠勒把这种神秘的天体称为“黑洞”,并且提出了这样的假说:黑洞只有三个物理量质量,电荷量和角动量,其他所有物理量都被巨大的引力撕碎,都在事件视界之内了。
这个假说后来被霍金等人证明,也就是所谓的“黑洞无毛定理”。
而根据热力学第二定律,对于一个封闭的系统来讲,只会变得越来越混乱,这就是熵增定律。在任何封闭的系统里,熵都会不断增加,意味着系统越来越混乱。
按照热力学第二定律,也就是熵增定律,黑洞也是有熵的,而有熵就必然有温度,有温度意味着有辐射。但是黑洞会吞噬一切靠近的物体,连光都不能逃脱,怎么可能还有辐射呢?
这个难题又是霍金给解决了,他提出了著名的“霍金辐射”。到底该如何理解“霍金辐射”呢?需要一些量子力学基础知识。
我们都知道,经典物理学告诉我们,物质和能量都是守恒的,不可能凭空消失或产生。
但是在微观世界里,就不是那回事了,我们不能用经典物理去理解微观世界的诡异现象,否则就会疯掉。
微观世界存在不确定性,意味着在极短的世界里,能量可以非常大。具体表现就是,真空中可以瞬间凭空衍生出一对正反虚粒子,真的是凭空衍生出来的。不过存在时间极短,瞬间就湮灭消失了。
只要整个过程满足不确定性原理,也就是时间和能量的乘积不小于一个常数,就有一定几率发生,当然这个常数非常小,但比零要大。
这其实就是量子涨落,衍生出来的是虚粒子对。量子涨落也意味着真空一点也不空,不但不空,甚至比现实世界还要热闹,真空就像沸腾的海洋那样,不断随机涌现出虚粒子对。
这在我们看来太诡异,太不可思议了,但在微观世界确实很常见。
而在黑洞事件视界附近的真空环境里,当然也会涨落出虚粒子对,虽然虚粒子对存在时间极短,但也有可能因为距离事件视界太近最终坠落到黑洞。
但这种坠落并不是说来个虚粒子都坠落到黑洞,可能虚粒子对当中的一个偶然坠落到黑洞,另一个因为找不到湮灭的同伴了,就不会湮灭了,一直留在宇宙中,相当于实体化了。
而当实体化的粒子离开黑洞时,就表现为黑洞在不断蒸发,这就是“霍金辐射”。黑洞就是靠霍金辐射损失质量的,不过整个过程极其缓慢。
霍金辐射很好解决了“黑洞熵”的问题,同时又给我们带来了另一个不可思议的猜测。在描述物体状态的时候,熵其实蕴含了物体的信息。于是当物体被黑洞吞噬的过程,物体的信息就会留在事件视界上。
你知道这意味着什么吗?
意味着我们所在的四维时空里的所有信息,都只是“投影或者编码”,都编码在了黑洞事件视界这个二维表面上。被黑洞吞噬的物体并未消失,物体的信息一直停留在事件视界上。
基于这种观点,弦理论提出了更加疯狂的全息宇宙论,认为我们的宇宙有可能只是“高维”宇宙的全息投影而已。也就是说,我们每天感受到的三维空间,其实只是一种错觉,实际上只是我们在宏观低能世界的一种错误描述,实际上是二维的,只是我们不可能感受到罢了。
最疯狂的是,全息宇宙论甚至认为我们人类生活的世界,本来就位于一个黑洞的内部,这样的疯狂设想肯定会触发你无限的遐想。
实际上,这种观点并非是空想,也有一定的理论根据。从黑洞和史瓦西半径的概念来理解,我们的宇宙很符合黑洞的特征。为什么?
任何具有质量的物质都存在着一个临界半径特征值,也就是所谓的史瓦西半径,与质量成正比,任何物体的大小只要小于自己的史瓦西半径,就会坍缩为黑洞。
比如说太阳的史瓦西半径约为3千米,地球的史瓦西半径为9毫米,意味着如果地球被压缩成9毫米大小,就会坍缩为黑洞。
而我们的宇宙的历史为138亿年,意味着我们能观测到的极限距离为138亿光年,而根据可观测宇宙的质量进行计算,可观测宇宙的史瓦西半径达到了156亿光年,比138亿光年还要多18亿光年。
也就是说,单纯从理论上分析,我们的宇宙完全有可能是一个黑洞,而我们就生活在黑洞里面.