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黑洞的机会和普朗克尺度的造化

已有 1333 次阅读 2023-12-4 21:35 |个人分类:我思故我在|系统分类:观点评述

   从我们能观察到的尺度到微小的原子尺度,是人类理解自然的重要一步。在这个过程中,跨越了10个数量级,深入到10的-10次幂的米。更重要的是,在如此小的尺度上,微观客体所遵循的运动规律和我们日常经验完全不同,需要用量子力学来描述。量子力学对于微观世界的描述很准确,但是却无法理解,似乎有什么东西阻碍着我们对于客观世界的理解。在具体的测量过程中,发生了难以理解的事情。

    随后对于核物理和粒子物理的研究,使得我们研究的尺度小到了10的-19次幂的米,在这个尺度上,我们还没有理解所有发生的事情。原子核的尺度是10的-15次幂的米,很多现象都有些扑朔迷离,因为描述这些现象的数学本身也非常复杂。

    引力和量子的结合告诉我们,能观测到的最小的尺度是10的-35次幂的米,这成了理论物理研究者极其希望能了解但是实验却无法达到的微小尺度。不过神奇的是我们知道达到这个尺度后,所有物质都会塌缩成黑洞。但是在10的-19次幂的米到10的-35次幂的米这个过程中会发生什么,我们却并不清楚。不管是超弦理论还是圈量子引力,或者其它,给出的结论可能都不对。

    因为中间跨越了16个数量级,很难相信引力和量子的理论依然是正确的。从日常的尺度缩小到原子的尺度经过了10个数量级,运动的规律就彻底不同了。这里并不是引力不对了,或者是量子不对了,而是当尺度变小的时候,很难说它们发生的方式还是如此,或者没有别的规律出现。

    对于黑洞的研究,告诉我们的确出现了难以理解的事情。经典的广义相对论告诉我们,当恒星的质量比较大的时候,就会不断地塌缩,变得越来越紧密,最终导致整个能量都塌缩到一起了。这个图像是让人震惊的,但是幸运的是当前的天体实验的研究证实了这个结论。这个世界上的所有的相互作用,最终都会屈服在引力之下,这深刻的改变了我们对于能量的理解。当一个时空区域拥有的能量越来越多的时候,会变得非常不一样。

    黑洞最终什么都没剩下,惠勒用“黑洞无毛”来描述这个事情。这和热力学第二定律完全冲突。现实中的任何物体都是非常复杂的,即使到了微观世界,也是如此,比如量子场论里边有很复杂的结构。结果到了黑洞这里就都塌缩没了。这太不可思议了。

    所以需要量子来拯救。贝肯斯坦和霍金在这个方向做出了重要的贡献,指出黑洞的视界和普朗克尺度相关,黑洞是有熵的。在视界处,实际上我们就到了普朗克尺度这个观测的极限。黑洞是理解普朗克尺度物理的关键。这里的关键是,这个结论是如此简单直接,以至于是完全可信的。不管是引力,还是量子,的确有一部分是可以延伸到普朗克尺度,而且引力似乎可以超出普朗克尺度。特备是,能量和熵似乎分开了,揭示了新物理的存在。

    我们对于黑洞的理解依然混乱不堪,因为我们只能给出少量能够确定的信息。

    在这个尺度上,每个人都可以给出自己的一些看法。特别是一些很玄妙的东西。理论物理学研究者的特长就是见一叶而知秋,总是能从蛛丝马迹中看到各种奇特的景象,给出自己的猜想和理论。

    对于这个世界是怎么来的,为什么是这个样子,有人相信是上帝创造的,有人相信是从一个早期的奇点爆炸产生的。过去五十年,很多研究者产生了各种奇特的理论和观点,但是可信度都不高。因为跨越16个数量级,基本上都不太可能有什么正确的结论。

    这里边的关键是,如果普朗克尺度是这个宇宙能够观测到的最小的尺度,那么在这个尺度上它应该能告诉我们整个宇宙的创生奥秘。

    物理学之所以重要,是因为它能告诉我们客观的真理,尤其是这个宇宙最根本的奥秘,就是宇宙的终极答案。现有的理论虽然让我们窥见了一些不可思议的结果,但是大部分理论都缺少足够的神奇性,和民科没什么区别。这些理论把引力和量子糅杂在一起,给出了自己的解释,缺少生命力。这其实是一种民科式的制造理论的方式。从日常经验我们可以发现量子力学么?这是不可能的。

    普朗克尺度物理学应该告诉我们创生的奥秘。不管是量子力学,还是标准模型,很显然都不让人满意,如果这些现象都受制于普朗克尺度物理(这个想法和当前的有效场的观念冲突,但是一些人已经猜想可能有关系),那么这种特殊性就有可能可以得到理解。如果我们能达到普朗克尺度,我们也许可以改变物理学的作用机制。

    这就是黑洞带给人类的最终机遇。我们可以理解时空的奥秘,甚至可以创造新的时空,或者新的物理规律。

    这不是不可能的。也许我们需要制造一个黑洞出来,但是这可能太难了。如何能从黑洞这里获得更多的关于宇宙的真相,毫无疑问是人类最重要的机遇。



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