想來場星際穿越般的超空間旅行？旋轉(zhuǎn)黑洞可以當(dāng)門戶

北京時間1月22日消息，據(jù)國外媒體報道，以黑洞為門戶、前往另一個維度、時空或宇宙是科幻作品中最受歡迎的場景之一。而這種幻想也許比我們之前預(yù)想的更接近現(xiàn)實(shí)。

黑洞大概是宇宙中最神秘的天體之一。它們是瀕死恒星在引力作用下發(fā)生無限坍縮的產(chǎn)物，這一過程最終會生成真正的奇點(diǎn)，即整個恒星被壓縮到一點(diǎn)上時，便會成為一個密度無限大的物體。

奇點(diǎn)密度極大、溫度極高，相當(dāng)于在時空面上鉆了一個洞，或?qū)⑹钩臻g旅行成為可能。也就是說，我們可以在時空中走一條捷徑，從而在短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)宇宙尺度的移動。

研究人員此前認(rèn)為，任何宇宙飛船要想將黑洞作為時空旅行的門戶，都必須應(yīng)對大自然最猙獰的一面。奇點(diǎn)的高溫和密度將使宇宙飛船經(jīng)歷一系列的痛苦，在潮汐作用下，宇宙飛船會被不斷拉長、壓縮，直到最終化為蒸汽、煙消云散。

但麻省大學(xué)達(dá)特茅斯分校與佐治亞格威內(nèi)特學(xué)院組成的一支研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，并非所有黑洞都“生而平等”。例如，假如銀河系中央的人馬座A黑洞體積很大、且不斷旋轉(zhuǎn)的話，進(jìn)入其中的宇宙飛船就會面臨完全不同的局面。因?yàn)樵摵诙粗械钠纥c(diǎn)非常溫和，可以讓宇宙飛船平穩(wěn)通過。這是由于從理論上來說，旋轉(zhuǎn)黑洞內(nèi)部的奇點(diǎn)很“弱”，因此不會對與之發(fā)生相互作用的物體造成破壞。

這個事實(shí)乍看上去似乎與直覺相悖。但我們可以用日常生活中的經(jīng)歷來打個比方：如果讓手指從蠟燭的火焰中央快速通過，盡管火焰溫度可能高達(dá)2000攝氏度，但手指并不會被燒傷。

這張圖表現(xiàn)了宇宙飛船接近黑洞時、鋼制框架所受物理張力的變化。圖中小圖為大圖的一部分，被放大了很多倍。關(guān)鍵在于，飛船所受張力在靠近黑洞時會發(fā)生劇增，但并不會無限制增加，因此飛船和乘員在落入黑洞后仍有望存活。

20多年來，物理學(xué)家高拉夫•肯納(Gaurav Khanna)和里奧•博科(Lior Burko)一直在研究黑洞的物理原理。2016年，肯納帶的博士生卡洛琳•馬拉利(Caroline Mallary)受克里斯托弗•諾蘭的電影《星際穿越》啟發(fā)，試圖驗(yàn)證電影中主角庫珀(馬修•麥康納飾演)是否能在墜入黑洞Gargantua的過程中存活下來。按電影中的設(shè)定，Gargantua是一個快速旋轉(zhuǎn)的超大質(zhì)量黑洞，質(zhì)量約為太陽的1億倍。(電影《星際穿越》以諾貝爾獎得主、天體物理學(xué)家基普•索恩(Kip Thorne)所著的一本書為藍(lán)本，黑洞Gargantua的物理性質(zhì)是整部電影情節(jié)的核心。)

以物理學(xué)家阿莫斯•奧里(Amos Ori)20年前所做的研究為基礎(chǔ)，再加上自身強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)能力，馬拉利建立了一套計(jì)算機(jī)模型，能夠模擬宇宙飛船、或任何大型物體落入大型旋轉(zhuǎn)黑洞后受到的主要物理影響。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在各類條件下，落入旋轉(zhuǎn)黑洞中的物體在穿過黑洞中所謂的內(nèi)部視界奇點(diǎn)時，都不會受到無限大的影響。不僅如此，在合適情況下，這些影響甚至可以小得忽略不計(jì)，物體可以相當(dāng)平穩(wěn)地通過這一奇點(diǎn)。

事實(shí)上，落入黑洞中的物體也許根本不會受到顯著影響。這樣一來，我們利用大型旋轉(zhuǎn)黑洞進(jìn)行超空間旅行的可行性便大大提高。

馬拉利還發(fā)現(xiàn)了一點(diǎn)此前未受充分重視的特征：在旋轉(zhuǎn)黑洞中，奇點(diǎn)會使落入其中的宇宙飛船不斷受到拉伸或壓縮，且這一周期會越來越快。但對Gargantua這類超大黑洞而言，這種影響的強(qiáng)度卻很小。因此，宇宙飛船和乘員都不會感受到這種影響的存在。

關(guān)鍵在于，這些影響的強(qiáng)度并不會無限制地增加。事實(shí)上，其強(qiáng)度是有限的，盡管隨著宇宙飛船接近黑洞、所受壓力通常會無限增大。

馬拉利的模型中做了幾點(diǎn)關(guān)鍵的簡化假設(shè)，在此需予以提及。

其中的關(guān)鍵假設(shè)是，該模型考慮的黑洞完全與外界隔絕，因此不會受到附近引力源的持續(xù)干擾，甚至不會受到任何輻射影響。雖然這一假設(shè)將情況簡化了許多，但必須指出的是，大多數(shù)黑洞都被塵埃、氣體、輻射等宇宙物質(zhì)所圍繞，遠(yuǎn)沒有這么簡單。因此，馬拉利的工作自然還需要做進(jìn)一步延伸，在更真實(shí)的黑洞背景下開展類似研究。

馬拉利利用計(jì)算機(jī)模擬分析黑洞對物體的影響，這在黑洞物理學(xué)界是一種很常見的做法。我們顯然不具備在黑洞中或黑洞附近開展實(shí)驗(yàn)的能力，因此科學(xué)家必須借助理論和計(jì)算機(jī)模擬，才能展開預(yù)測、做出新發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而豐富我們對黑洞的了解。