回到過去、前往未來，黑洞為何是時(shí)光機(jī)？時(shí)空旅行真的可行嗎

黑洞是時(shí)光機(jī)，然而存在隱患。

這個(gè)視頻可視化模擬了黑洞的外觀，被黑洞引力俘獲的物質(zhì)聚集成薄而熱的結(jié)構(gòu)，稱為吸積盤。黑洞極強(qiáng)的引力會扭曲吸積盤中不同區(qū)域發(fā)出的光，因此外觀產(chǎn)生了變形。這里描述的黑洞能夠作為時(shí)光機(jī)，既可以回到過去，也可以前往未來……但存在隱患。

圖片來自宇航局戈達(dá)德太空飛行中心/杰里米·施尼特曼。

薩姆·巴倫，澳大利亞天主教大學(xué)

黑洞可以說是天然的時(shí)光機(jī)，我們可以利用它們?nèi)ネ^去或未來。不過，短期內(nèi)不要指望我們能穿越回去觀賞恐龍。目前，我們還沒有制造出能夠靠近黑洞的航天器。然而，即便撇開這個(gè)小細(xì)節(jié)不談，試圖利用黑洞回到過去可能會變成你人生中的最后一件事。

黑洞是什么？

黑洞質(zhì)量極大，通常是垂死恒星坍縮形成的。與行星、恒星一樣，黑洞周圍也有引力場。引力場是我們能夠“粘”在地球上的原因，也是地球圍繞太陽旋轉(zhuǎn)的原因。

按照經(jīng)驗(yàn)來說，一個(gè)物體的質(zhì)量越大，其引力場就越強(qiáng)。正是地球的引力場讓我們極難進(jìn)入太空。所以我們建造火箭：只有借助極快的速度，才能突破地球的引力。而黑洞的引力場極其強(qiáng)大，就連光也無法逃脫。這可能讓人難以置信，光速可是現(xiàn)在科學(xué)界已知的最快速度！

順便一提，這就是為什么黑洞是“黑”色的：我們不能像在黑暗中用手電筒照亮樹木那樣照亮黑洞。

空間的延展

愛因斯坦的廣義相對論告訴我們：物質(zhì)和能量對宇宙有一種特殊的影響，它們能夠彎曲、拉伸空間。物體的質(zhì)量越大，它對其周圍空間所造成的拉伸和彎曲就越大。

一個(gè)巨大的物體會在空間中創(chuàng)造一種類似山谷的“地形”。當(dāng)物體靠近時(shí)，它們會落入這個(gè)山谷中。因此，當(dāng)你足夠靠近任何大質(zhì)量物體時(shí)，比如說黑洞，你會掉進(jìn)去。也正因如此，光無法逃離黑洞：山谷的兩側(cè)過于“陡峭”，而光的速度不夠快，所以無法“爬”出去。

當(dāng)你從遠(yuǎn)處接近黑洞時(shí)，黑洞所形成的山谷會變得越來越陡峭。山谷陡峭到光無法逃脫的臨界點(diǎn)就是事件視界。事件視界不僅對未來可能出現(xiàn)的時(shí)間旅行者來說很有趣——它們對哲學(xué)家來說也同樣有趣，因?yàn)樗鼈兊拇嬖谟绊懳覀儗r(shí)間本質(zhì)的理解。

黑洞扭曲時(shí)間

空間被拉伸時(shí)，時(shí)間也一樣被拉伸?？拷筚|(zhì)量物體的時(shí)鐘會比靠近質(zhì)量小得多的物體時(shí)跳動(dòng)得更慢。也就是說，與地球上的時(shí)鐘相比，黑洞附近的時(shí)鐘將走得緩慢許多。因此，黑洞附近的一年可能意味著在地球上的80年，就像你可能在電影《星際穿越》中看到的那樣。

這樣一來，我們就可以利用黑洞前往未來。如果你想抵達(dá)地球的未來，只需要在黑洞附近飛行，然后返回地球。而如果你足夠接近黑洞的中心，你的時(shí)間會流逝得更慢一些，不過只要你不越過事件視界，就應(yīng)該能夠逃脫黑洞、回到地球。

時(shí)間的循環(huán)

那么過去又是什么樣的呢？這就是事情變得真正有趣的地方。黑洞對時(shí)間的扭曲非常之大，以至于它可以繞回原點(diǎn)。

想象一下，連接起一張紙的兩端，形成一個(gè)圈。這可能就是黑洞對時(shí)間的作用。于是，一個(gè)天然的時(shí)光機(jī)誕生了。如果你能以某種方式進(jìn)入這個(gè)被物理學(xué)家稱為閉合時(shí)間曲線的循環(huán)，你會發(fā)現(xiàn)自己在空間里的軌跡從未來開始、在過去結(jié)束。

在這個(gè)循環(huán)中，你還會發(fā)現(xiàn)事件因果很難解開。過去的事情會導(dǎo)致未來事情的發(fā)生，而你在未來的旅行又會導(dǎo)致過去的事情發(fā)生。

隱患

所以，你發(fā)現(xiàn)了一個(gè)黑洞，并且想用你足夠可靠的宇宙飛船靠近黑洞、穿越時(shí)間回去拜訪恐龍。聽起來真是好運(yùn)氣。

不過，這件事有三個(gè)問題。首先，你最多只能穿越到黑洞的過去。也就是，如果黑洞是在恐龍滅絕后才產(chǎn)生的，那么你沒辦法回到足夠久遠(yuǎn)的過去。

其次，你很可能要穿過事件視界才能進(jìn)入時(shí)間循環(huán)。這意味著，要想在過去的某個(gè)特定時(shí)間走出循環(huán)時(shí)，你需要離開事件視界。然而離開事件視界需要旅行速度超過光速，我們非常確定這是無法做到的。

最后，也可能是最糟糕的，你和你的飛船會經(jīng)歷“意大利面化”。聽起來很美味，是嗎？不幸的是，這可不是什么好事。在你穿過事件視界時(shí)，你會被拉扯開，就像一根面條。實(shí)際上，你可能會被拉得非常薄，甚至變成一串原子在虛空中螺旋上升。

因此，雖然思考黑洞的時(shí)間扭曲特性很有趣，但在可預(yù)見的未來，回到過去、探訪恐龍將不得不停留在幻想層面。

薩姆·巴倫，澳大利亞天主教大學(xué)，科學(xué)哲學(xué)副教授

基本論點(diǎn)：黑洞是時(shí)光機(jī)，能夠穿越到未來和過去。但這件事并不是那么簡單。

BY:EarthSky Voicesand

FY: 雨上蕭

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請?jiān)谧髌钒l(fā)布后聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處