【目的地“M87星——超大質(zhì)量黑洞”】
有沒有想過來一次黑洞之旅？
依據(jù)現(xiàn)在科學技術(shù)和理論，我們還到不了黑洞，也沒有人敢進入黑洞。
但這不妨礙科學家們展開想象的翅膀，來一次虛擬的黑洞之旅。
這次的目的地，科家們選擇了“M87星”，M87星系中心的超大質(zhì)量黑洞 。這個黑洞也是科學家第一次所拍攝黑洞照片的主角。
M87星對科學們來說是一個很好的目標，因為其一：它很近，距離地球5500萬光年（相對于那些動輒幾十億光年遠的星系，5500萬光年的確是很近了）；其二：它很活躍，它還在覓食中。
人類所拍攝的第一張黑洞照片，照片主角就是M87星
從照片中可見，星系中雕刻出一個巨大的洞，一個數(shù)千光年寬的無恒星空洞。
M87星是已知質(zhì)量最大黑洞之一，質(zhì)量約為太陽的65億倍，是銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞人馬座A星的1500多倍。
現(xiàn)在假設(shè)有一艘宇宙飛船，正向著M87星快速的飛去。
在距離M87星數(shù)千光年遠的地方，就能看到一個明亮的能量軸。這是一股致命的輻射流，從星系中如噴氣引擎一般噴射而出。這個噴射流看起來就像探照燈發(fā)出的光束。
M87星的噴射流
在這些噴射流中，有“繩結(jié)”和團塊，它們表明這個噴射流并不平穩(wěn)。
它是猛烈的能量推動。這些“繩結(jié)”和團塊沿著光束移動，顯示了噴射流的速度。
噴射流中“繩結(jié)”和團塊
通過計算，它們的速度達到了光速的99.999995%。要把整個噴流加速到那個速度，所需要的能量是非常驚人的。
超大質(zhì)量的黑洞周圍環(huán)繞著一圈超級熱的氣體和塵埃，它被稱為吸積盤，比太陽亮十億倍。
巨大的明亮氣體漩渦圍著黑暗的空間旋轉(zhuǎn)著，以每小時超過320萬公里的速度運行。如此快的速度就會產(chǎn)生巨大的摩擦，這就是使圓盤升溫的原因，也是使圓盤發(fā)光的原因?？茖W家認為吸積盤的強大能量，是噴射流的來源。
熾熱、旋轉(zhuǎn)的氣體和塵埃產(chǎn)生了強大的磁場，當圓盤旋轉(zhuǎn)時，它會扭曲黑洞兩極的磁場并構(gòu)建能源。最后，磁場不再能容納這么多的能量，它們就會噴射到星系中。即使離飛船有許多光年遠，也能看到這種劇烈的能量釋放。
當這些噴流從超大質(zhì)量黑洞向外噴射時，噴流的路徑上并非是虛無的空間，如果一束噴流撞上了氣體云，它就會將其湮滅，它會在上面打個洞。
就像一列火車在雪地上行駛，氣體云就像是雪，而噴流就是那輛在上面翻越的貨運火車。每個超大質(zhì)量黑洞產(chǎn)生的噴射流，所經(jīng)過之處就會造成巨大的破壞。
飛船繼續(xù)向著M87星飛去并進入危險的區(qū)域，離超大質(zhì)量黑洞越近，就越危險。當飛船接近M87星系的中心核心時，強大“風”開始沖擊飛船。這些風還會使得M97星系恒星的誕生猝滅。
M87星系是一個有著12萬光年寬的巨大的橢圓星系。這意味著，當飛船從邊緣到內(nèi)部飛行時，會看到越來越高的恒星密度。這個巨大的星系包含了幾萬億顆恒星，但是它們幾乎都是一樣的顏色。
如果你在這艘虛擬的飛船上，你會發(fā)現(xiàn)，你的天空到處都布滿了無數(shù)的紅色光點。這些光點大多是小而長壽命的恒星，叫做紅矮星。
之所以M87星系充滿了這些紅矮星，是因為，那些藍色和黃色的恒星都已經(jīng)爆炸并消失了。而剩下的那些是質(zhì)量較小的紅矮星，它們可以存活數(shù)百億年的時間。
這意味著M87星系已經(jīng)很久沒有產(chǎn)生恒星了，所以它的恒星大多是紅色的?？茖W家們把這些主要由紅色恒星組成的星系稱之為紅色死亡星系。
M87星系之所以很久沒有產(chǎn)生新的恒星，這和M87星周圍明亮的吸積盤產(chǎn)生的強大的“風”有直接的關(guān)系。正是它們扼殺了恒星的誕生，將正常形成恒星的氣體推開，有效地熄滅星系中恒星的形成，使其逐漸走向消亡。
由此可見，超大質(zhì)量黑洞可以決定星系中恒星的形成，它可以幫助調(diào)節(jié)星系中氣體的數(shù)量，從而控制星系中形成恒星的數(shù)量。
雖然M87星與它周圍浩瀚星系相比很小，就像拿一顆葡萄和地球的大小相比較，但它竟然能控制著它的宿主星系，對整個宇宙的歷史產(chǎn)生如此深遠的影響。這就是黑洞能量的絕佳例證。
【M87星為何如此巨大】
飛船繼續(xù)前進，現(xiàn)在飛船已經(jīng)穿越了M87星系數(shù)千光年，但它的超大質(zhì)量黑洞仍然很遙遠。
M87星超大質(zhì)量黑洞看似很近，其實還是很遙遠
M87星可能看起來很小，但它的質(zhì)量是太陽的65億倍。
那么它是怎么變得這么大的呢？這個至今還是一個很大的謎團。但有一點是知道的，與星系的大小密切相關(guān)。越大的星系就有越大的黑洞。
要了解M87星是如何變得如此之大的，就必須研究其星系的歷史。當科學家們觀察M87星系時，發(fā)現(xiàn)M87星系非常巨大，是已知宇宙中最大的星系之一。它是最亮的橢圓星系之一。
通常認為，像M87星系類似質(zhì)量的星系要小得多，但M87卻膨脹得很大。那么是什么讓恒星分散地如此之大呢？
星系不是靜止的，每個星系都在運動，有時星系非常接近會相互作用。“相互作用”是描述極端野蠻事物的一種婉轉(zhuǎn)方式。事實上，這個“相互作用”就是星系正在與其他星系碰撞。它們正在吞噬較小的星系，或者彼此撕裂。
所以星系就會增長，星系中同類相食的現(xiàn)象很常見。也許M87星系吞噬了它的鄰居。那么科學家們是如何知道的呢？
既然星系曾經(jīng)過發(fā)生過碰撞或吞并，那么必定會有干擾跡象。就像把石頭扔進水池就會產(chǎn)生漣漪一樣。
當星系合并時，它們就可能會留下一個突出的殘留物，就像行星狀星云。行星狀星云是明亮的信標。通過挑選這些行星狀星云，并以極高的精度繪制出星系。
行星狀星云
科學家們選出了300個不同的發(fā)光點，這些點是藍綠色的，證實了它們是行星狀星云。它們就像鶴立雞群一樣引人注目。星云的運動與M87中的恒星不同，這表明它們形成于一個更小、更年輕的星系，而不是M87星系。
行星狀星云的發(fā)現(xiàn)表明，在過去10億年的某個時刻M87吞噬了一個較小的星系。這個星系離M87星系太近了，M87星系強大的引力吸引了較小的星系，并將其拉得越來越近。M87星系把這個小星系拉了過來并把它整個吞了下去。
劇烈的合并史解釋了M87星系是如何變得如此巨大。每一次事件都帶來了數(shù)百萬顆恒星，碰撞還釋放出巨大的引力，將恒星像五彩紙屑一樣散射開來。
在這樣的碰撞之后，恒星可能會比以前分散10到100倍。一些碰撞將恒星拋向四周，同時也改變了整個星系的形狀。這會使星系變得更加膨脹，逐漸把它變成光滑的、無特征的橢圓形狀。
M87星系，是一個橢圓星系的事實表明了它是有多個超大質(zhì)量黑洞合并的事實，這就是M87星能夠獲得如此巨大質(zhì)量的原因。
【兩個超大質(zhì)量黑洞真的會合并嗎？】
根據(jù)現(xiàn)有的物理學理論認為，兩個超大質(zhì)量黑洞很難會合并。當星系合并時，它們中心的超大質(zhì)量黑洞會彼此靠近。它們向新形成星系的中心往下沉，當超大質(zhì)量的黑洞向星系中心俯沖時它們穿過了，恒星區(qū)和氣體云。
它們不只是相互碰撞，它們會相互向?qū)Ψ酵M。所以它們會將恒星分散到各處，它們越靠近彼此，它們圍繞彼此運行的速度就越快。所以事情變得越來越混亂和瘋狂，在所有的混亂中，奇怪的事情發(fā)生了，超大質(zhì)量黑洞不再彼此靠近。
科學家稱之為最后的秒差距問題，那么到底發(fā)生了什么？為什么會“拋錨”？
最后一個秒差距問題發(fā)生在兩個超大質(zhì)量黑洞非常接近的時候。此時它們已經(jīng)耗盡了幫助它們合并的材料，即星系中的那些恒星和氣體。
如果沒有足夠多的材料可以與黑洞相互作用，它們需要比宇宙年齡更長的時間來失去足夠的能量來合并，所以黑洞在這最后一秒差距的距離中實際上停止了彼此接近。
兩個超大質(zhì)量的黑洞將在永恒的宇宙舞蹈中鎖在一起，距離很近但永遠相隔。
然而這個結(jié)果顯然與觀察事實不符，M87星系的確吞噬的其他許多星系，那些星系都有超大質(zhì)量的黑洞。然而，在我們的旅行中，我們并沒有看到很多超大質(zhì)量黑洞，除了這一個——M87星。
所以合并確實發(fā)生了，但怎么發(fā)生呢？問題出在哪里？
2019年，科學家們從一個名為NGC 6240的星系獲得了一條線索。這個特殊的星系看起來像是一次巨大的星系碰撞后的產(chǎn)物。
NGC 6240星系
那里有任意方向和速度的任意星團，它們都混在一起了，這就是科學家們認為的星系在大規(guī)模合并后的樣子。
科學家們在這個星系的中心發(fā)現(xiàn)的不是兩個而是三個巨大的黑洞。這表明在最近的歷史中有三個星系發(fā)生過碰撞。
所以，當這個新的星系開始存在這對停滯的黑洞時，它會帶來了它們的第三個超大質(zhì)量黑洞。
這另一個超大質(zhì)量的黑洞擾亂了這個系統(tǒng)，使得星系中心的東西變得非常不穩(wěn)定。
第三個超大質(zhì)量黑洞的引力從失速的黑洞中竊取軌道能量，從而將它們推得更近。它就像一個小偷，從這個雙黑洞系統(tǒng)中拿走了一些轉(zhuǎn)動能量。
當兩個超大質(zhì)量黑洞失去軌道能量時，它們終于走到了一起。最有可能發(fā)生的事情是，最小質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞被噴射出去，剩下的兩個很快就合并了。
高速合并只會持續(xù)幾毫秒，但它會引發(fā)巨大的爆炸。當這些巨大的黑洞合并時，在這個過程中釋放的能量比我們整個星系在數(shù)十億年的過程中釋放的能量還要多。
超大質(zhì)量黑洞的合并
所以，M87星可能以同樣的方式與其他超大質(zhì)量黑洞進行合并。即第三個黑洞，幫助它克服了最后的秒差距問題。
【超大質(zhì)量黑洞的引力死亡區(qū)】
隨著飛船越來越接近M87星，任務變得越來越危險。飛船進入了超大質(zhì)量黑洞周圍的引力死亡區(qū)。
任何不知情的恒星如果靠得太近，就會被拉伸、撕裂，形成宇宙中最大最亮的光秀之一。
最近，天文學家在PGC 043234星系中發(fā)現(xiàn)了一個非常明亮的耀斑。耀斑的亮度是太陽的1000億倍，如果這發(fā)生在我們星系的中心，它會非常明亮，我們在白天都可以看到它。
當科學家們第一次看到這個閃光時，第一反應就是“又一顆超新星”。但它看起來一點也不像超新星，它沒有明確的特征，不像一個典型的超新星。在最初的閃光之后，還有更小的閃光在重復。
如果是在超新星中殺死了一顆恒星，就不可能像這樣重復。有趣的是，它大約每130秒閃爍一次，閃光持續(xù)了450天。
PGC 043234星系中不斷重復的閃光
當天文學家仔細觀察這個星系時，他們發(fā)現(xiàn)這個事件發(fā)生在星系中心，那里有一個黑洞，質(zhì)量是太陽的一百萬倍。沒錯，他們觀察到的是一種極其罕見的現(xiàn)象，一種潮汐干擾事件。
這是天文學家第一次捕捉到黑洞吞噬恒星的行為。在PGC 043234星系中，一個超大質(zhì)量黑洞附近，一顆恒星離得太近了。當這顆不幸的恒星靠近黑洞時，黑洞正在旋轉(zhuǎn)，而這顆巨大黑洞周圍的引力非常之強，它能夠把這顆恒星給撕扯開。
恒星靠近黑洞的一側(cè)比恒星的另一側(cè)感受到的黑洞引力要大得多。另一側(cè)離黑洞更遠，于是就會把恒星拉伸，恒星被拉伸成一個巨大的長臂，并被困在旋轉(zhuǎn)的黑洞周圍不斷繞行。
超大質(zhì)量黑洞正在拉伸、撕裂恒星
旋轉(zhuǎn)的恒星碎片就會增加黑洞圓盤輻射的輸出并發(fā)出一束連續(xù)的光，我們的望遠鏡在圓盤每次旋轉(zhuǎn)到那個點時，就會接收到這種輻射。這就像每130秒就能看到燈塔發(fā)出的光束，這些閃光是一顆瀕死恒星的最后脈沖。
這些閃光揭示了超大質(zhì)量黑洞的寬度和旋轉(zhuǎn)速度。通過計算，這個中心超大質(zhì)量黑洞大約比地球?qū)?00倍。它每兩分鐘旋轉(zhuǎn)一次，以光速的一半旋轉(zhuǎn)，超過4.8億公里每小時。
科學家目前還不知道M87星的旋轉(zhuǎn)速度，但知道吸積盤以每小時320萬公里的速度旋轉(zhuǎn)，這個發(fā)光的光環(huán)，寬數(shù)百光年。
現(xiàn)在就在我們飛船的正前方就是宇宙中最令人敬畏最致命的地方之一，而我們正朝著它直奔而去。在穿越星系的長途跋涉之后，我們終于在星系中心看到了巨大的超大質(zhì)量黑洞——M87星。
我們面前有一道炫目的強光，這是吸積盤，一個由熱氣體和塵埃組成的環(huán)。M87星的吸積盤非常明亮。它的事件地平線，在5500萬光年外的地球上，望遠鏡拍攝到了它。就是那張著名的黑洞照片。
這張照片可以說震驚了整個世界。照片顯示M87星是順時針旋轉(zhuǎn)的，它有380億公里寬，大約可以讓300萬個地球排成一排。這張照片也揭示了，這個超大質(zhì)量黑洞在積極進食。
一般情況下，恒星進入并被撕裂，可能每一萬年或十萬年發(fā)生一次。而M87 星已經(jīng)閃亮了數(shù)百萬年。顯然，除了被撕裂的恒星外，這里還有大量的氣體在供給吸積盤。這有助于解釋M87星是如何增長到65億太陽質(zhì)量的。
但是未來呢？這個超大質(zhì)量黑洞會繼續(xù)吞噬，還是會餓死？
為了找到答案，我們必須更進一步跨越吸積盤，去發(fā)現(xiàn)M87星是如何滿足其欲壑難填的欲望的。
【M87星的吸積盤】
飛船經(jīng)過M87星的吸積盤，這是一個由氣體和塵埃組成的熾熱光環(huán)，直徑達數(shù)百光年。這是超大質(zhì)量黑洞的雜貨店。
有熾熱吸積盤的超大質(zhì)量黑洞
黑洞以吞噬一切而聞名。但黑洞并不貪婪，這是一個普遍的誤解。它們不會把任何東西都拉進來，事實上，如果太陽現(xiàn)在突然變成了黑洞，地球仍然會在軌道上繼續(xù)運行。因為引力只關(guān)乎物體的質(zhì)量和距離。
像M87星這樣的超大質(zhì)量黑洞，比普通的太陽大小的黑洞要大得多。這意味著它們的引力更大，并延伸到更遠的星系中。所以它能夠吸引數(shù)十億公里以外的塵埃、氣體云和恒星。
但它們不會吞下被它們吸進來的所有東西。黑洞吞噬物質(zhì)的方式并不是像隕石落在地球上一樣。黑洞消耗物質(zhì)的最有效方式是形成一個吸積盤。
當氣體和塵埃被超大質(zhì)量黑洞的引力拖入時，呈螺旋狀向內(nèi)堆積成環(huán)狀，吸積盤就會增大。在引力和氣體與塵埃動量的共同作用下，這個環(huán)開始旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)壓扁成一個圓盤。
所以，它們不會直接掉進去，而是繞軌道運行，并且被加速到非?？斓乃俣取Ｓ械奈镔|(zhì)最終會進入黑洞，而有的則會被踢出黑洞。
我們銀河系中心也有一個超大質(zhì)量黑洞——人馬座A星。它似乎正在吞噬物質(zhì)，但卻是以極低的速度吞噬。為了發(fā)現(xiàn)是什么阻止了人馬座A星進食。科學家們研究了從超大質(zhì)量黑洞發(fā)出的紅外光線。發(fā)現(xiàn)塵埃云內(nèi)的磁場正在把物質(zhì)引導進入黑洞周圍的軌道，并沒有讓它們掉進去。所以它實際上是讓這些塵埃顆粒遠離黑洞，是它將人馬座A星的食物來源推離了超大質(zhì)量黑洞。
當然，這種情況并不一定會永遠持續(xù)下去，因為磁場是可以改變方向的。當有很多其他的垃圾，塵埃、氣體和其他恒星靠近時，它們可以改變磁場，這可能會讓這些塵埃落入黑洞。磁場方向的改變，將會為人馬座A星帶來了希望。
所以對于M87星，是磁場在幫助進食，這就是為什么M87星在積極進食的原因。
【超大質(zhì)量黑洞的視界】
我們的飛船任務還在繼續(xù)，隨著這些物質(zhì)墜入超大質(zhì)量黑洞，我們朝著視界前進。這個視界可以說是已知和未知宇宙的邊界，在那里物理定律不再適用。
我們的飛船穿過了吸積盤，前方是絕對黑暗的超大質(zhì)量黑洞M87星。根據(jù)黑洞理論，這里是我們終結(jié)的地方，會被引力撕成碎片。
我們在科幻小說和影視作品中有很多關(guān)于如果你掉進黑洞后會發(fā)生什么的精彩畫面。一個引起廣泛關(guān)注的觀點是，當你墜入黑洞時你會被意大利面化。
而事實上，在黑洞的視界處是否會變成“意大利面”，答案取決于黑洞的質(zhì)量和體積比。一個具有14個太陽質(zhì)量的恒星質(zhì)量黑洞，直徑只有42公里，大約只有俄克拉荷馬城那么大。當你接近這樣的黑洞時，引力和潮汐力的急劇增加。對于一個小黑洞來說，引力的強度會隨著距離的變化而迅速變化，你的腳可能會被拉得比你的頭還長一百萬倍！
但對于超大質(zhì)量黑洞來說，這不會發(fā)生。恒星質(zhì)量黑洞的質(zhì)量集中在一個小區(qū)域，而超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量擴散范圍要大得多，其覆蓋面積要大10億倍。
所以當你靠近它時，它的引力會緩慢增加，這意味著接近超大質(zhì)量黑洞的感覺更像是走下斜坡，而不是從懸崖上跳下來，所以它不會把你撕成碎片。
黑洞的名聲不太好，但這個壞名聲肯定是屬于恒星質(zhì)量的黑洞，它們才是把東西撕成碎片的罪魁禍首。
超大質(zhì)量黑洞的好處是，這些所謂的潮汐力要弱得多，所以實際上我們可以安全接近M87星。一旦到了那里，我們就會看到令人驚嘆的景象，超大質(zhì)量黑洞會使它周圍的光發(fā)生扭曲。
距離黑洞較遠的地方，這種扭曲并不強烈，但越靠近黑洞，光的路徑扭曲得越嚴重，黑洞周圍的星光就會變得非常怪異。它們被拉伸成——環(huán)和弧。我們甚至可以看到超大質(zhì)量黑洞背后隱藏的東西。
因為光在黑洞周圍彎曲了，黑洞甚至可以彎曲光線，讓光線從我們的臉上穿過然后從另一邊反射回來。所以，原則上，我們可以在剃須的時候用一個黑洞作為鏡子。
要真正了解黑洞周圍發(fā)生了什么，我們就需要了解引力，而要了解引力，就需要了解時空。時空將整個宇宙捆綁在一起。
如果我們戴上特殊的時空眼鏡，就能看到在時空網(wǎng)格中漂浮的恒星、行星和星系。這些物體都有質(zhì)量，質(zhì)量會彎曲和扭曲時空。這種由有質(zhì)量的物體造成的時空網(wǎng)的扭曲叫做引力，你的質(zhì)量越大，你的引力就越大，你彎曲和拉伸時空的程度就越大。
太陽周圍彎曲的時空
M87星巨大的引力扭曲了空間，迫使光沿著曲線傳播。但是它對等式的另一邊——“時間”有什么影響呢？
愛因斯坦意識到，在黑洞附近的時間實際上比在地球上的時間要慢的多。這個過程叫做引力時間膨脹，從遠處看，我們的飛船好像在做慢動作。而在飛船的乘客則會感覺到時間正常地進行下去，如果看手表，秒針會像往常一樣繞著表盤轉(zhuǎn)。但對于一個外部觀察者來說，在你的手表上顯示的一分鐘可能需要數(shù)百萬甚至數(shù)十億年的時間。
所以，璣在我們的飛船到達了一個重要的里程碑，再往前走，我們就回不去了。此時我們的飛船有兩個選擇，要么逃到安全的地方，要么掉進黑洞。
我們把探測器分離出去，讓它獨自接近黑洞。你可以把視界想象成黑洞的表面，但這會引起一點誤解。實際上那里什么都沒有，這只是離中心有一定距離的地方。在這里的逃逸速度是光速。因為沒有什么能比光速更快，所以沒有什么能逃離黑洞。
可以把視界想象成瀑布，如果你是瀑布上水流中的一條魚，你可以游到靠近邊緣的地方，仍然可以逃脫，但如果你游得太遠，你就到了無法回頭的地步，你就越過去了。
沒有什么可以改變，光、物質(zhì)、牛、大象，等等，只要穿過視界就永遠不會回來，這是一張單程票。
然而，在飛船上，我們并沒有看到探測器進入超大質(zhì)量黑洞，相反，從我們的角度來看，探測器只是變得越來越慢，越來越慢。在M87星巨大的引力作用下，探測器的時間似乎停止了。探頭似乎被粘住了，粘在表面上。
但這只是我們的視角，實際上，探測器已經(jīng)越過了視界，進入了黑洞內(nèi)部。
【矛盾的兩大理論】
解釋宇宙如何運行，有兩個主要理論：廣義相對論和量子力學。
廣義相對論說，探測器進入了黑洞，但量子力學提出了一些主要的障礙。根據(jù)量子力學的一些觀點，可能存在一種叫做“防火墻”的東西。一堵量子能量的墻阻止物質(zhì)實際上穿過視界。任何試圖跨越事件視界的事物會發(fā)生什么，這個問題已經(jīng)挑戰(zhàn)了一些最偉大的物理學家。
我們的探測器會進入超大質(zhì)量黑洞嗎，還是會被一堵防火墻燒成碎片？
解釋宇宙如何運行的兩大理論對于接下來會發(fā)生什么并不一致。一種說法是探測器毫發(fā)無損地穿過，另一種理論認為這是不可能的。
這是一個非常有趣的謎題，那就是廣義相對論和量子力學的交匯處，它被稱為黑洞信息悖論。
在物理學中，我們面臨的是一種非常分裂的局面。有兩種理論，但它們合不來。
愛因斯坦的引力理論解釋了所有的宏觀問題，量子場論解釋了所有的微觀問題。
所以哪一個是對的，哪一個是錯的？目前還是一個謎。
廣義相對論說，進入黑洞，所有的信息全都沒有了。而量子力學認為，所有信息都在量子力學的層面上。你可以想象一個帶電荷的粒子，粒子有自旋，角動量，據(jù)我們所知，這些信息是不能被破壞的。
想象一下燒掉一本書，文字就是信息，隨著每一頁的燃燒，文字就會消失。但真的消失了嗎？
并不是完全消失，如果你能追蹤每一個正在發(fā)生的事情，追蹤每一個煙霧顆粒，把它們重新組合起來，原則上，這些信息仍然存在。
因為信息不會被破壞，所以探測器的信息，即使被破壞，也應該在超大質(zhì)量的黑洞中。
如果落入黑洞的信息只是被鎖在黑洞里，那就好，這并不違反任何物理規(guī)律，但是史蒂芬·霍金在他的理論中給這項工作帶來了麻煩。
他認為，隨著時間的推移，黑洞會蒸發(fā)，一個粒子一個粒子地慢慢縮小，釋放出被稱為霍金輻射的熱量。
霍金輻射本身并不攜帶任何信息，而霍金輻射最終會摧毀一個黑洞。最終，黑洞蒸發(fā)并消失，隨著黑洞的消失，有關(guān)探測器的信息也隨之消失。這對量子力學來說是個大問題。
即使量子物理學認為黑洞不能摧毀信息，但它真的能摧毀信息嗎？那么量子力學的基礎(chǔ)是錯的嗎？這就是量子信息悖論。
為了防止這種不可能的情況發(fā)生，科學家們想出了一個變通辦法可以阻止探測器的信息進入黑洞，那就是“防火墻”。
量子力學說，有一種量子模糊，它會讓你一旦進去就被不可思議的高溫燒死。如果防火墻把探測器燒成灰燼，那么它的信息就會留在飛船的灰燼里，就像那本燃燒的書里寫的字那樣。
那么哪種理論是正確的呢？探測器是否能安全進入黑洞？還是探測器燒毀了？
這個問題至今無解。為了找到答案，科學家們想出了一些瘋狂的想法，一種叫做量子糾纏。它表明探測器既在黑洞內(nèi)部，也在黑洞外部。它的信息由不斷出現(xiàn)在視界兩側(cè)的粒子攜帶。
史蒂芬·霍金也提出了一個解決方案，雖然他最初的想法是黑洞通過熱量失去信息，但后來他認為黑洞有柔軟的毛發(fā)。
史蒂芬·霍金認為的有毛發(fā)的黑洞
傳統(tǒng)的黑洞科學認為黑洞是光禿禿的，即它們除了質(zhì)量電荷和自旋之外，沒有任何特征，你可以從外面測量它們。
霍金最新的理論認為，黑洞的毛發(fā)是由幽靈般的量子粒子構(gòu)成的。而量子粒子可以存儲信息，正在蒸發(fā)的黑洞的熱輻射將這些信息帶離視界。
如果霍金是對的，那么探測器的信息最終將會逃逸到宇宙中。黑洞毛發(fā)的概念可以解決黑洞信息悖論。但我們真的不知道黑洞是有毛發(fā)的還是禿頂?shù)摹?/p>
在我們能夠就事件視界統(tǒng)一量子力學和廣義相對論之前，信息悖論對物理學家來說仍然是一個問題。這是物理學中最令人尷尬的問題之一，至今仍未解決。
【M87星的核心】
現(xiàn)在讓我們假設(shè)，我們避開了信息悖論，探測器穿過視界，飛向宇宙中最激烈的地方之一——M87星的核心。
這叫做奇點，沒有規(guī)則可循，什么都說不通，什么都逃不掉。我們的探測器已經(jīng)越過了視界，它正在前往超大質(zhì)量黑洞M87星中心的單程旅程中。
探測器離開了科學家們了解的物理世界，進入了科學家們不了解的物理世界。
這個探測器現(xiàn)在的移動速度比光快，或者說被空間本身攜帶的速度比光快。一旦你穿過黑洞的視界，你的未來就取決于黑洞中心的奇點……不可回避的事實是你最終會加入奇點。
黑洞內(nèi)部的空間就像一個三維旋轉(zhuǎn)漩渦，里面的空間總是在移動，這簡直是旋轉(zhuǎn)木馬之旅的噩夢版。旋轉(zhuǎn)的探測器向下飛馳直到它撞到黑洞中一個更奇怪的區(qū)域——內(nèi)部視界。
探測器在黑洞中的三維旋轉(zhuǎn)漩渦中前進
當你認為防火墻很糟糕，但這與內(nèi)部視界相比微不足道。理論物理學家安德魯·漢密爾頓認為所有落入黑洞的光和物質(zhì)都會在這個位置發(fā)生巨大的碰撞。
內(nèi)部視界將是無限猛烈的，因為它就像兩個宇宙的交匯點。這個匯合點就像水落在瀑布底部的巖石上，拍打成水花。
黑洞中的內(nèi)部視界
在超大質(zhì)量黑洞內(nèi)部，空間急速進入并撞向內(nèi)部視界的反彈空間。這將是一個充滿無限能量的地方，它是墜入黑洞的物質(zhì)與流出的物質(zhì)相遇的地方。
所有落入M87星的物體都會在巨大的能量釋放中碰撞在一起。這些能量總得有個去處，有可能這個內(nèi)部視界的能量非常巨大，以至于全新的宇宙可能會在這個空間誕生。
在內(nèi)部視界，產(chǎn)生的能量可以壓縮成一個小點，它會突然點燃。
我們知道，很久以前，我們所在的宇宙非常小，非常熱，非常稠密，它有可能是在一個旋轉(zhuǎn)黑洞的內(nèi)部視界中誕生的。這是一個非常誘人也是非常假設(shè)的想法。
但如果它是正確的，它會讓我們深入了解宇宙本身的起源。但現(xiàn)在我們即沒有強有力的證據(jù)證明黑洞創(chuàng)造了新生的宇宙，也沒有強有力的證據(jù)證明黑洞不能創(chuàng)造新生宇宙。
所以，如果探測器能在內(nèi)部視界幸存下來，它就會朝著宇宙中最奇怪的地方前進，那就是超大質(zhì)量黑洞的核心——奇點。
隨著探測器越來越接近奇異點，探測器離已知的物理世界的距離也越來越遠?？茖W家們不知道探測器到達奇點時會遇到什么，也不知道它會發(fā)現(xiàn)什么，更不知道它會經(jīng)歷什么。
科學家們不知道的還有很多，比如奇點到底是什么？這真的是個很難回答的問題。
傳統(tǒng)科學認為它是一個無窮小的點，但M87星的情況并非如此。
有趣的是，如果黑洞在旋轉(zhuǎn)奇點就不是一個點，而是一個環(huán)。物理學說奇點的密度是無限的，是一個空間和時間的點——物質(zhì)盡可能地坍縮，它的密度是無窮大的，體積是“零”。
對許多科學家來說，這是一個大問題。在自然界中，我們還能在哪里找到無窮大？
一個有無限密度和無限小體積的區(qū)域，基本上是零體積！這怎么可能存在？科學家們現(xiàn)在無法確定是否真的存在這樣的奇點。
在那個點，也許探測器解體，并和數(shù)十億年來M87星所消耗的物質(zhì)結(jié)合在一起，被壓縮到極點，不再是原子，而是能量的海洋。被吸收成一個零體積，無限密度的環(huán)。
或者還有另一種可能，也許奇點根本不會摧毀探測器，也許探測器會徑直穿過而進入另一個宇宙。我們前往M87星中心的旅程是一次瘋狂的旅程。我們穿過視界，墜入奇點，而奇點可能不是探測器旅程的終點，探測器會穿過奇點進入一個新的宇宙。
探測器可能還有另一種選擇。在我們的宇宙中，有黑洞，如果你進入黑洞，你就無法逃脫。理論上也有可能存在白洞，就是你進不去，只能逃離的物體。
白洞基本上就是向后運動的黑洞。一些物理學家推測，白洞可能與黑洞的奇點有關(guān)。由一種叫做蟲洞的東西把這兩者連接在一起。
從理論上講，這聽起來是一個讓探測器逃脫死亡的好方法。蟲洞是這兩者之間的時空橋梁。在數(shù)學中很容易創(chuàng)造出這個橋梁，但在現(xiàn)實生活中可能不存在。而且?guī)缀蹩隙ㄔ谖覀冋麄€文明中，永遠都不會知道它是否存在。
因為在黑洞和白洞之間搭建橋梁會帶來一些問題。首先，我們不確定如何建造它們，其次，它們可能是不穩(wěn)定的，會立即坍塌，除非你發(fā)明一些新的，奇怪的物質(zhì)可以支持這個理論。
如果M87星確實有一個穩(wěn)定的蟲洞連接到它的奇點上，那我們的探測器會在哪里結(jié)束嗎？
這個探測器的旅程可能不會在奇點處結(jié)束，它所攜帶的所有信息可能會存儲在我們宇宙的某個遙遠角落。或許是在另一個宇宙有一個幾十年前聽起來像科幻小說的想法，現(xiàn)在被認為是潛在的現(xiàn)實：那就是平行宇宙的想法。
如果平行宇宙存在，那么一些人猜測黑洞可能是通往平行宇宙的通道。如果存在平行宇宙，誰知道我們的探測器最終會進入哪個宇宙？這個宇宙可能和我們的宇宙一樣，也可能完全不同。我們永遠也不會知道。
超大質(zhì)量黑洞是宇宙中最奇特、最迷人的物體之一。自從一個世紀前愛因斯坦的相對論預言了黑洞以來，科學家們一直在試圖了解黑洞是如何工作的。
M87星的照片證實了許多理論，但關(guān)于這些非凡天體的誕生生長和死亡，還有很多東西需要了解。甚至還有更多讓科學家們著迷的東西，這是終極的未知，這是人類知識的前沿，科學們還有多好的路要走。
文章來源：快科技