在浩瀚宇宙的奥秘中,黑洞的存在不仅仅是科幻小说的题材,也是现代物理学界的热门话题。按照相对论的阐述,宇宙空间和时间的曲率结构使得穿越之旅似乎成了可能。回到过去的设想,固然让人着迷,却也孕育着一系列棘手的问题,促使科学家们提出了众多假说来封堵这类时间旅行的现实性。
关于这一议题,若仅以科普为目的,前述内容已足够启蒙。深入探讨则不可避免地涉及专业术语,这对于零基础读者而言,的确需要更多篇幅来解释。不过,为了解答这一问题,我将简明扼要地阐述:
在黑洞的领域,有一个著名的“无毛定理”,它指出我们只能把握黑洞三个基本的物理属性:质量、电荷和角动量。
绝大部分科普文章之所以能够深入解析史瓦西黑洞,是因为它在黑洞家族中相对简单——只包含质量,不涉及其他两种属性。以它作为黑洞的典型代表,无疑便于普及理解。
但就是这样的简化,造成了公众对黑洞认识的局限,通常只停留在强力的万有引力和无限大的密度层面,或是进阶到霍金辐射,认识到黑洞也有其生命周期。
然而,真实的情况远比想象的复杂。穿越时空这一概念,实际上与黑洞的性质紧密相连。例如,在史瓦西时空的极限条件下,可能会出现两个宇宙的景象,伴随着一个黑洞与一个白洞,甚至可以通过一个虫洞连接这两个宇宙。但遗憾的是,这种虫洞无法传输物质信息,因此无法实现我们期望的时间旅行。
因此,在史瓦西黑洞的核心,并没有另一个宇宙或是时间旅行的可能性。
但现实宇宙中的黑洞并非理想状态,大部分黑洞都携带有角动量,而这正是由恒星演化为黑洞的过程中角动量得以保留的合理推论。
涉及到黑洞无毛定理中的其他两个特性时,黑洞的内部变得更加复杂。至于具体如何,我们在此不多作赘述。单就时间旅行的角度来看,旋转的黑洞会形成两个视界,物质一旦越过内视界,似乎就有可能被传送至另一个宇宙。然而,这个过程会破坏时间和空间的因果性,因此科学家们提出了“宇宙监督假设”,排除了时间旅行的可能性。
尽管如此,虫洞的存在依然未被完全排除。如果放弃真空环境的前提,理论上,一个被负能量物质支撑开的虫洞是可能存在的。这种虫洞能够允许闭合类时曲线,使得我们似乎可以回到过去。
但此类事件似乎打破了我们所熟知的因果法则。尽管有学者提出了调和的理论,霍金却提出了时序保护性猜想,认为此类事件是不被自然规律所允许的,时间机器终究不会现身。