黑洞能回到过去,让我们见到已故的亲人吗?

时空穿越一般都是科幻小说的热点题材,时光穿梭机、时空门,甚至是黑洞与白洞。从主流科学来讲,可以确认的是高速运动与强大的引力的确可以进行时空穿越,著名的硬核科幻大神导演克里斯托弗·诺兰,在2014年的《星际穿越》中就展现了黑洞的神奇穿越能力。然而我们只能向前穿越,回到过去,见到已故的亲人,目前的主流科学答案是:不能!

黑洞内三维结构无法存在

牛顿的黑洞

在牛顿发表万有引力不久后,拉普拉斯等人就基于牛顿的引力提出了一种“非光发光”天体的概念,其意思并非一个天体无法发光,而是即使天体上有光也照射不出来。

A:“非发光天体”的概念源于牛顿的万有引力,你向天空扔出去一块石头,它会掉下来,因为地球的引力吸引着石头.

C:如果石头出手时的速度足够快,石头变再也落不下来,因为地球是圆的,并非无限延伸的平面,当石头出了地球,引力会变成向心力,不断地改变石头的方向,而非速度,不停的围着地球转。(第一宇宙速度7.9km/s)

如果我们把石头换成光会如何?18世纪的时候,光速并没有被精确测量,误差很大,但是可以知道的是光速非常快。现在我们知道了光速大约是光速C为30万km/s,一束光从地球射出去,妥妥的肯定能逃逸,因此地球并非“非发光天体”。

爱因斯坦的黑洞

1916年,爱因斯坦广义相对论发表,于是我们知道了光无法逃逸的真正原因并非引力,或者说引力只是一个外在现象。真正的原因是引力扭曲了时空,光在时空中行进发生了弯曲。就像惠勒说的:质量告诉时空如何弯曲,时空告诉物质如何运动。

总之引力只是时空几何形变引发的一种现象,就像汽车只能在马路上行驶,当马路是笔直的,汽车运动轨迹就是笔直的,当马路是弯曲的,汽车的轨迹只能是弯曲的。而当一个天体可以使光都无法逃逸,那么它就能拆解三维结构。

物质的构成

世间之所以有万物是因为存在着4种力,引力,电磁力、强力、弱力。其中电磁力、强力、弱力在量子力学中已经被统一。

物质是由原子、分子组成,而在更小的尺度上,还有更小的粒子。静态质量不为零的粒子叫做费米子、静态质量为零的粒子叫做玻色子。物质的构成源于玻色子在费米子之间不断的相互作用传递能量。

在爱因斯坦的《狭义相对论》中,静态质量为零的粒子运动速度只能是光速,换句话说物质的构成可以说是光速运动的玻色子在费米子之间传递能量,稳定结构。

当人进入黑洞

当人进入黑洞是否能穿越?在回答这个问题之前,我们要考虑当人进入黑洞之前会发生什么。人也是物质,也是由玻色子与费米子组成,玻色子光速运动,而当人进入黑洞,玻色子将无法正常运动,因为光都无法在黑洞中正常运行。

根据爱因斯坦的《广义相论对》,黑洞中的空间极度扭曲,因此所有的“光”都会在扭曲的时空中向着黑洞中心运动。当维持人体结构的玻色子需要向着黑洞之外运动,那么它同样会向光一样无法逃逸,只能向内运动,换句话说物质的结构无法维持,费米子之间的相互作用将失效,一切都会“散架”成为零维的基本粒子。

当物质的结构都无法存在,又谈何回到过去呢?

虫洞——回到过去——不可能

黑洞是广义相对论的一个解,除此之外还有另一个解似乎预示着回到过去。它叫爱因斯坦罗森桥,也叫虫洞,由黑洞与白洞之间相互连接。

空间折叠的故事很多人都听过,如果把一张白纸比作时空,从A-B的最短距离是直线,但如果空间可以折叠,那么当你从A点进入就可以瞬间到达B点。

如果空间真的可以折叠让一个人瞬间从A-B,也就是说这个人可以超光速移动,因为如果A-B距离足够远,光运动也需要一定的时间。

爱因斯坦在《狭义相对论》中提到,时间是相对的。两个同步的光子钟,一个在地面上,一个在飞船上高速行驶。那么在地面上的人看来,飞船上的光子钟走的轨迹为斜线,它运行的速度会比地面上的光子钟慢,也就是说飞船上经历了2秒,地球上已经过去了4秒,甚至40秒、4年、400年。

当飞船无限趋近于光速,那么在地面上的人看来,飞船的时间是凝固不变的。因此有了如果我们可以超越光速,或许我们可以回到过去,但这句话爱因斯坦并没有说过。

从主流科学来看,虫洞只是一个数学上的解,物理学中有很多数学解是不存在的。在我们中学学习物理时就经常会得到两个解,有一个解是必然要消去的,例如抛物运动。

从数学模型来看,虽然黑洞作为入口时空极度扭曲,但是所对应的出口需要大量负能量构成。不过这并非不可能,虫洞确实存在,宇宙早期量子涨落中,会不断出现正向与负向的能量波动。正能量与负能量都会弯曲使用,而且弯曲时空的方式相反,如果这两个弯曲的时空可以连接起来那么就可以形成虫洞,这样的虫洞可以让一个粒子从A点消失从B点出现。不过量子虫洞是在太小,如果想要维持一个可以让人短暂穿越的虫洞就目前而言人类不可能做到,而且所需能量超越了宇宙的总能量,因此回到过去——不可能!