最近几天,关于黑洞的研究出现了爆发性的增长。 来自挪威、巴西和加拿大的三位学者说,他们已经在引力波回波中找到了“黑洞地平线量子结构的确凿证据”。 美国宇航局的钱德拉X射线天文台报告了黑洞正在吞噬成千上万的恒星的证据。 而来自英国和美国的另外两位学者提出,“量子发(Quantum Hair)”可以解决最初由理论物理学家斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)描述的黑洞悖论。

据“相信的理由”机构的天体物理学家杰夫·茨维林克(Jeff Zweerink)说,新的研究提出了新的问题,向我们展示了 “我们学得越多,就越能意识到还有更多东西需要学习”。 CT 问他为什么物理学没有到此为止,以及黑洞的发现能教给这些如诗篇作者们一样的基督徒门哪些东西,“我观看你指头所造的天,并你所陈设的月亮星宿 ”(诗8:3)。

黑洞告诉我们关于上帝的什么?

并不是说“有黑洞,所以有上帝”。 但是,我们所拥有的宇宙理论——在人们知道思考黑洞之前就应该存在的理论——是以我们的宇宙应该是可以被理解的想法为前提的。 它应该是连贯的。 这些理论在遥远的宇宙中和近处的情况是一致的。

这指向了造物主。 这告诉我们关于造物主的一些情况。

看看我们最初是如何发现黑洞的。 阿尔伯特·爱因斯坦早在1915年就认识到,当你在宇宙中移动时,从大东西转向小东西,从非常快的东西转向非常慢的东西,物理学定律似乎在发生变化。 电磁学的行为方式与引力的行为方式不同,爱因斯坦研究了一下,说这没有道理。 无论你怎么看,物理学定律都应该是一样的。

正是这一哲学思想促使他提出了广义相对论。 而如果广义相对论是正确的,那么就应该有这些叫做黑洞的东西。

广义相对论提供的思路和它天才的地方是提到空间和时间可以通过动力学量来被理解,而不是抽象的或那种空洞的空间。 当能量在空间和时间中移动时,它实际上扭曲了空间和时间,它们可能变得非常扭曲,以至于它们会破裂。 如果你有一颗质量足够大的恒星,其引力是如此强大,以至于它自己塌陷,这就是一个黑洞。 于是人们开始从理论上思考黑洞,并最终找到了证据。 我们甚至发现,在我们银河系的中心,就有这么巨大的黑洞。

这里的联系是,当我们看创造时,我们期望看到一个有序的、连贯的创造。 对爱因斯坦来说,它是一种哲学思想,最终源于存在统一秩序的概念。 这就可能是你所预期的:可能有一个上帝创造宇宙。

我的基本理解是,黑洞是一个非常密集的恒星,一个塌陷的恒星,其引力非常强大,甚至连光也不只是照过去,而是被锁定在一个轨道上。 那是怎么发生的呢?

以地球这样的东西为例。 地球是圆的,因为有地心引力。 重力想把所有东西都拉到中心,所以它把所有它能接触到的原子都往里拉,但是原子都带负电,所以当原子靠得足够近时,这些原子上的电子会互相排斥。 重力拉着它们,但电磁力推着它们。

现在想象一下,我们增加了更多的质量。 它变得有点大。 但是增加越来越多的质量;最终引力会变得足够强大,它将克服电磁力并将这些原子拉得更近。 这就是一个白矮星(white dwarf)。

现在,如果你继续增加质量,它将获得更多的引力。 而最终你克服了泡利不相容原理(Pauli exclusion principle),该原理说两个电子不能存在于空间位置;你要把所有的电子推到质子中,以制造中子。 它将进一步坍缩,直到你把中子推到一起,那就是一颗中子星。

如果你继续增加物质,最终会发生的情况是,它将坍缩到所有的质量都集中到一个点上,在那里你有一个黑洞。

从本质上讲,不断增加质量,直到没有任何东西可以阻止它坍塌——直到没有体积——所有的质量都集中在这一点上,引力是如此强大,甚至连光都无法逃脱。 这就是制造黑洞的秘诀。

有时,当人们谈论黑洞时,会有一种敬畏之情。 它甚至超越了敬畏。 你认为这是为什么呢?

对我个人来说,因为黑洞是如此超出我所能理解的,甚至远远超出所有我所经历的。 我们以一种小的方式面临着体验比我们无限大的东西会是什么样子。

当我站在地球表面时,我脚上的引力比我头上的引力大一点,但这没什么大不了的。 但如果我脚先落入黑洞,我脚上的引力会变得比我头上的引力大得多,它实际上会把每个原子撕碎,原子会螺旋式地进入黑洞。

如果基督教是正确的,其中一件事是真实的,那就是我们作为人类生来为了敬拜。 而当你看到像黑洞这样比我们大得多、强大得多的东西时,被感动到敬拜是非常自然的反应。

很多人对黑洞很着迷,因为它们是宇宙中奇怪的物体。 但它们也给科学家带来了问题。 为什么科学家要努力了解黑洞?

广义相对论是一个令人难以置信的成功理论。 它已经通过了我们扔给它的所有实验测试。 量子力学也是如此。 它在描述宇宙方面的表现令人难以置信。 但是当涉及到黑洞时,他们却给了我们不同的答案。 所以我们需要更深入地挖掘。

量子力学说,信息不能被破坏。 但一般来说,黑洞只能有三种属性:质量、电荷和自旋。 这只是黑洞工作方式的性质,这就是唯一的三个属性。

假设你有一颗由南瓜饼组成的星星,你有一颗由氢气组成的恒星。 如果它们各自坍缩并形成一个黑洞,并且都还原为质量、自旋和电荷,那么它们就会看起来完全一样。 这是否意味着你已经失去了所有能告诉你一个是由氢气制成的,另一个是由南瓜饼制成的信息?

斯蒂芬·霍金在20世纪70年代发现这是一个大问题。 我们看待黑洞的方式,所有这些信息都被破坏了,而量子力学的一个基本规则是你不能破坏信息。 这些信息必须存在于某个地方。

这就是我们怎样得到了霍金辐射(Hawking Radiation)的想法,作为这个问题的一个潜在解决方案。

最近有一个新的发现关于霍金辐射,我不知道该叫它发现还是争论。 你能给我们讲讲这个?

有多种解决方案已被提出,但这是一个新颖的解决方案。 这是对霍金辐射如何工作的另一个想法。 在这项研究中,科学家们表示,一种名为“量子发”的机制可以解释黑洞内的信息如何与引力场地平线外的量子状态的辐射相联系。

基本上,如果引力释放出信息——如果信息可以在引力中编码,那么它可以被辐射出去,而不会在黑洞中丢失。 从理论上讲,原则上来说,似乎信息是可以提取的。 由于引力被量化的方式,它正在发出关于黑洞的信息。

如果这是正确的,这将变得更加复杂。 这将使我们能够调和我们现在所知道的这种差异,我们将能够解释它,但随后又牵扯出它是如何对事物产生影响,这将开启一系列新问题。

从历史上看,物理学家们有时会说得好像他们几乎已经解决了所有问题。 就像我们刚要对宇宙的物理结构有一个完整的了解,以后就没有什么可了解的了。 而那些宣扬“差距之神(God of the gaps)”理论的基督徒则试图加快这一进程。 但是,我们似乎不会很快结束物理学的研究。

每当我们解决这些大问题中的一个,并将答案公布于众时,我们就会遇到一系列我们不知道的新问题! 将我们现在对宇宙的理解与艾萨克·牛顿谈论他的重力理论时进行比较。 我们对所发生的事情的了解比当时多得多, 但也有许多问题我们没有答案。

这几乎就像,我们学得越多,就越能意识到还有多少东西要学。 你可以开始看到,我们将乐此不疲。 我们将能够永远研究创造。 会有一些我们甚至没有想过要问的新问题。

而这一点,再次指向了造物主。 这就是我看到与神学的联系的地方。 因为在研究上帝的启示和经文以及上帝方面也是如此。 我们已经有了很多大局观,但也有新的问题,我们永远不会到此而已。 我们将永远不会对这个主题感到疲倦。 这让我个人感到敬畏,想要敬拜。

翻译:刘晨晨

责任编辑:吴京宁

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