我的世界有没有黑洞?

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泻药 这个问题很有趣,作为一个对引力非常不敏感的人(我甚至分不清地球和月球哪个更重),本来不应该我对这个问题有什么见解的;但因为我最近正在研究宇宙大尺度结构的问题(即研究宇宙微波背景噪声这个“空”问题——因为宇宙的所有结构最终都可以归结到极早期宇宙中量子真空的涨落上去解释)所以对这个问题的理解可能有些不一样。

首先需要明确一点的是,在广义相对论的框架下,由于奇点的存在,是肯定不存在“黑洞”这种物质的:因为任何物质只要足够密集,总可以压缩到使时空发生不可再现的发散,进而导致奇点出现,从而破坏宇宙的完整性。从狭义相对论的角度来看,一个运动物体的质量随着速度的增加而增加,当达到光速时,其质量会无限增大[1],进而导致引力场强度也会随之增加,使物体无法逃逸到远方。 但这里忽略了一个问题:我们所说的“黑洞”实际上是指质量密度极高、使光都无法逃逸的天体。然而从狭义相对论的角度看,如果质量密度高到连光都不能逃逸,那么必定会导致时空本身的发散,不可能再存在一个封闭的、边界明确的“黑洞”。

但如果从广义相对论的角度来看,情况就有所不同了。因为在爱因斯坦方程中,除了有物质造成的引力场,还有由时空弯曲造成的一种被称作“本构张量”(tensor of intrinsic rigidity)的项。当物质足够密集时,不仅会产生很强的引力场,还会使得本构张量变得非常大,进而使得时空发生不可逆的发散之前,就可能先形成一个闭合的、具有边界的天体,也就是现在所认为的黑洞。当然,这里的黑洞没有体积也没有表面积,和狭义相对论中的“黑洞”含义不同。而且即使形成了这样的天体,因为本构张量随时间衰减,黑洞最终也会消失,只不过要消耗一定的能量而已。

因此从广义相对论角度来看,你的世界中可能是可能存在黑洞的。但我不知道这样的一类东西如何形成并维持自己的结构,因为根据相对论,只要有相互作用,就不可能有个静止的质量(因为质量会随着速度增加而增加),就更不用说运动产生的能量耗散了。如果你说的“黑洞”指的是一种通过其他机制产生并维持自己结构的异常天体的话,那我的答案是有可能的。

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