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稳定的物质中,这个比率要颠倒过来。所有这些显然是高度思辨性的,没有人对这种“负”物质能否在自然界存在有丝毫的主意。为着有效地利用这些时空捷径,我们也许不得不这样来建造“负”虫洞,就是让一个微型负虫洞增长。就算这个异想天开的主意能行,我们仍然不知道一只用正常物质制造的飞船能否安全地通过这个负能量区域。这种似理论又似艺术的含糊可能性使一位著名的美国天文学家兼作家卡尔·萨甘(CarlSagan)得以构思出他的小说《接触人其中与地外文明的联系正是借助于虫洞。尽管那故事很有刺激性,却纯粹是虚构,恐怕也永远只是虚构。
引力奇点
对因果律的可能违反并不真正危及黑洞理论,但却提出了奇点的本质和时空“精细”结构的问题,这里我们到达了当代物理学的前沿。
首先可以提问,那无限地毁灭物质和时空几何的奇点的出现,会不会只是过于幼稚地应用广义相对论于引力坍缩问题的结果。奇点还在更广阔的背景中出现于宇宙学,这是天体物理的一个从整体上来研究宇宙演化的分支。按照大爆炸理论,宇宙在大约150亿年前诞生于一个奇点。这个理论受到宇宙膨胀和宇宙微波辐射等观测事实的有力支持,后者是宇宙爆炸的冷却残余。但在宇宙学里也和别处一样,用以描述宇宙的过去和现在状态的模型是高度理想化的,因而似乎就有理由怀疑宇宙奇点会不会也只是数学简化所带来的一个不必要的附产品。
但研究表明并非如此。两位英国学者,剑桥大学的史蒂芬·霍金(StCPhenHawking)和发明保角图的罗杰·彭罗斯,在60年代证明,奇点是广义相对论的一个必不可少的组成部分。一个真实恒星的引力坍缩是否一定导致视界和黑洞的形成,对此尚不明确;但是坍缩的结局是不可避免地成为奇点,却是确定无疑。霍金和彭罗斯还确认,如果反推到宇宙的过去,所有能确实与现在的观测结果符合的宇宙模型都必须由奇点开始。如果宇宙包含有足够的物质,它甚至还会再终结于一个奇点,因为膨胀状态终将会被一个对称的收缩态取代。那时将是全宇宙在坍缩。
这些非常重要的定理推广了牛顿引力理论已经知道的结果:一团由尘埃粒子组成的云会由于粒子的相互吸引而收缩成无限大密度的奇点。于是,奇点已成为引力的吸弓胜和“自加速”性的不可避免的结果。我们怎样去勇敢地对付它呢?
宇宙监督
自然界喜欢隐藏自己。
——拉克里特(Heracli山s)(公元前500年)
恒星引力坍缩成奇点以两种方式之一进行,取决于黑洞形成与否。如果黑洞形成,则视界将掩盖其内部的一切,包括物质被最后塞入奇点。这种情况发生于球对称坍缩,对于生活在外部宇宙的物理学家来说,奇点是否形成也无关紧要。由于黑洞内部不可能与外部联络,在奇点附近自然定律和常识可能都被推翻,但外界的物理学家对此一无所知。
第二种可能性是,奇点形成,没有黑洞来掩盖。比如说,设想一个快速转动的大质量恒星在坍缩时保留的角动量超过了临界值,由于离心力,稳定的黑洞视界不可能形成,奇点成为裸露,粒子或电磁信号可以从它那里逃出,并在远处被观测到。由于奇点所具有的无限性,它对时空见何的影响完全不可预测。没有视界的保护,物理学家就得失业,因为今天做的所有计算和预言,明天就会由于探奇点的捣乱而变得一无是处。
显然,宇宙中从来没有观测到探奇点,但这并不能证明它们不存在。为了脱离这个困境,罗杰·彭罗斯提出了一个假设:自然界禁止探奇点存在。按照这个假设,引力坍缩总是使奇点被包在视界里面,这就是所谓宇宙监督。
宇宙监督的思想很能使人消除忧虑,但是从来没有在广义相对论里被严格证明。对于与球对称相差不大的情况,这个假设是成立的,但对更极端的情况问题仍然悬而未决。更令人困惑不解的是,被认为是我们宇宙在150亿年前以之诞生的宇宙奇点,并没有隐藏在一个视界之后。
量子引力
假如上帝在创造世界之前问问我,我会建议他搞得简单些。
——阿尔玛索十世(AIPhonse)(13世纪)
即使宇宙监督假设能被严格证明,它仍然不能解决引力“反常”的问题。奇异环,虽然隐藏在转动黑洞里,却允许物体穿过虫洞,因而意味着因果律被破坏。
所以,真正的问题并不是要知道探奇点是否有所冒犯,而是
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