2012年10月7日 星期日

[數碼新聞]劍橋教授發現 黑洞中央奇點或為宇宙中最小單位

另外一個可以參與到「宇宙最小物體評選大賽中來的競爭者就是位居黑洞核心的奇點。這裏是一副藝術想像圖,展示的是一個黑洞正從它的伴星那裡攫取物質




  另外一個可以參與到「宇宙最小物體評選大賽中來的競爭者就是位居黑洞核心的奇點。這裏是一副藝術想像圖,展示的是一個黑洞正從它的伴星那裡攫取物質

  新浪科技訊 香港時間10月7日消息,據美國赫芬頓郵報報導,在整個人類歷史上,人們一直在追問這樣一個問題:什麼才是宇宙間最小的物體?人們曾經一度相信沙粒是組成我們週遭世界的最小單位。然後人們發現了原子,當時人們便認為原子是不可分割的最小單位。但是很快這樣的觀點也被打破了,因為科學家們發現原子仍然可以被分成更小的單位── 他們發現了質子,中子,以及原子核外的電子。那麼這些總該是最小的粒子了吧?當時人們確實曾經這樣認為,但是後來他們發現質子和中子各自是由3種不同的誇克組成的。

  物理學家安迪‧帕克(Andy Parker)表示:「這一次,我們沒有發現這些誇克內部還有任何可分的可能性。因此我們可以說我們終於找到了物質的最小形式嗎?」對此,帕克表示,即便誇克和電子最終被証明確實無法進一步分割,科學家們仍然不知道它們是否是宇宙中存在的最小物質單位,或者宇宙中是否還存在更加微小的物質單位。

  帕克是英國劍橋大學高能物理學教授,他最近在英國BBC二台主持了一個電視特別節目,名叫「地平線:宇宙有多小?」

  弦還是點?

  在實驗中,微小的粒子,如誇克和電子的表現就像是一個單一質點,沒有空間大小。但是這種點狀物體讓物理學的定律複雜化了。因為你可以無限接近於一個點,這樣一來一個作用於其表面的力就將變得無限大,而科學家們憎惡「無限」的概念。

  現在,他們有了一個被稱作「超弦理論」的方案,有望解決這個問題。這一理論指出,所有的粒子事實上都不是點狀的,而是類似於一個微小的環狀弦。沒有任何東西可以無限接近一個環狀弦,因為當你趨近一個它的一部分時,永遠還有其它部分你沒有趨近。這種弦理論似乎可以在一定程度上解決「無限小」的問題,這讓這一想法引起了物理學家們的興趣。然而他們現在仍然沒有實驗証據能証明這一理論是正確的。

  另外一種解決這一「點狀」問題的途徑是認為空間本身並非是連續的和平滑的,而是由離散的「像素」或顆粒組成的,有時候我們會將其稱為「時空泡沫」。這樣一來,兩個顆粒便將無法無限地相互接近,因為它們之間必須存在一個最小的空間顆粒單位。

  奇點

  另外一個可以參與到「宇宙最小物體評選大賽中來的競爭者是位居黑洞核心的奇點。黑洞就是指當物質受到劇烈壓縮,引力占據統治地位,讓物質繼續向內收縮,最終聚集到一個點上,這個點擁有無限大的密度──至少根據目前的物理學定律而言應當是這樣的情況。

  然而大多數專家並不認為黑洞真的擁有無限大的密度。他們認為這種無限性是兩種本質上相互衝突的理論之間的矛盾引起的。這兩種理論就是廣義相對論和量子力學。而當人們真正能得到一個量子引力論的時候,我們才能最終揭開黑洞的本質。

  帕克表示:「我的猜測是黑洞奇點一定遠小於誇克,但是我不認為它具有無限大的密度。」他說:「更有可能是,或許它們的尺度要比我們目前所觀察到最小的尺度還要小上數百億倍甚至更多,但並非是無限的。」這樣一來,奇點就大約具有超弦的尺度,如果它們真的存在的話。

  普朗克長度

  超弦,奇點,甚至是宇宙的顆粒,所有這一切都可以歸結於「普朗克長度」。1普朗克長度等於1.6 x 10^-35米,這確實是一個小到驚人的量,對物理學的很多方面造成影響。

  普朗克長度太小了,遠遠超出了任何儀器的最小測量極限,但是人們卻認為這一長度數值應當代表了理論上可以測量的最小長度。根據測不準原理,任何儀器都將不可能測量低於這一數值的長度,因為在這一尺度上,宇宙是概率的和不確定的。這一尺度通常也被認為是廣義相對論和量子力學適用範圍的分界。

  帕克表示:「這一距離值已經足夠小,此時引力場將會變得極其強大,它甚至可以從能量場中製造出黑洞。」他說:「在普朗克長度的尺度上,我們認為量子引力論開始占據優勢。」或許宇宙中所有最小的物體,它們的尺度都將會粗略地等於普朗克長度。(晨風)

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