《愛因斯坦的宇宙》:黑洞不再是科幻想像,連時空之旅都變得可能

《愛因斯坦的宇宙》:黑洞不再是科幻想像,連時空之旅都變得可能
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我們想讓你知道的是

推算出我們銀河系中心的黑洞,大約是水星軌道半徑的十分之一大,這麼小的物體,居然完全主宰了附近星球的運動,著實令人感到驚訝!

文:加來道雄

黑洞不再只是幻想

廣義相對論另外一個奇怪的預測是黑洞,1916年當史瓦茲卻德重新引進暗星的概念時,黑洞僅被視為科幻小說的題材。不過,哈伯太空望遠鏡與非常大陣列電波望遠鏡現在已證實50個以上的黑洞存在,它們主要藏身於大型星系的中心。許多天文學家相信,也許天上幾兆星系中,有半數的中心有黑洞存在。

愛因斯坦知道,要指認這些奇特物體十分困難。根據定義它們不可見,因為連光都無法逃脫黑洞,所以本質上他們極為難見。哈伯望遠鏡窺探進遙遠魁霎與星系的核心,現在已取得環繞在遠方星系(如M-87與NGC-4258)中心黑洞的旋轉盤照片。經測量結果得知,繞轉黑洞的物質其速度約為每小時100萬哩。最詳細的哈伯照片顯示,在每個黑洞的正中心有一點存在,約為一光年寬,威力足以旋轉一整個10萬光年大小的星系。經過多年的猜測,到了2002年才終於證明我們的後院——銀河系中心也藏有一個黑洞,重量約是200萬個太陽。所以,我們的月球繞地球轉,地球繞太陽轉,而太陽則是繞著一個黑洞轉。

根據18世紀密謝爾與拉普拉斯的研究,暗星或黑洞的質量與其半徑呈比例,因此推算出我們銀河系中心的黑洞,大約是水星軌道半徑的十分之一大,這麼小的物體,居然完全主宰了附近星球的運動,著實令人感到驚訝!2001年,天文學家利用愛因斯坦的透鏡效應,發現銀河系裡面有一個黑洞漫遊;隨著黑洞移動,它會扭曲周邊的星光。天文學家藉由追蹤光線扭曲運動,可以計算出它在天空中的軌跡。(任何漫遊的黑洞經過地球時,會造成毀滅性效果,它將會吃下整個太陽系,還不會打飽嗝呢!)

1963年,紐西蘭數學家羅伊・克爾(Roy Kerr)推導史瓦茲卻德黑洞,納入旋轉的黑洞,促使黑洞研究更進一步。既然宇宙裡每個東西看起來都在旋轉,而且物體崩塌時會旋轉得更快,所以推斷真正的黑洞會以極快的速度旋轉是很自然的事情。令大家吃驚的是,克爾發現愛因斯坦方程式的正確解指出,星球會崩塌成旋轉的環;重力會試著使環崩塌,但是離心力會變得夠強而能抵消重力,使旋轉的環穩定。讓相對論學家最感困惑的是,若你掉進環裡,將不會被擠死,因為中心的重力雖大但是有限,所以原則上你可以通過環,到另一個宇宙去。也就是說,通過愛因斯坦-羅森橋的旅程不見得會致死,若環夠大的話,我們有可能安全進入另一個平行的宇宙。

物理學家立刻開始探討,若是掉進克爾黑洞時會發生什麼事情?遇上這種黑洞當然是終生難忘的經驗,原則上它可以給我們通往其他星球的捷徑,立刻把我們運送到星系的另一邊,或是到完全不同的宇宙裡。當接近克爾黑洞時,將會通過事件視界,讓你永遠回不去原先的地方(除非有另一個克爾黑洞連接此平行宇宙與我們的宇宙,使得來回旅行成為可能)。此外還有穩定性的問題。掉進愛因斯坦-羅森橋時所造成的時空扭曲,可能會迫使克爾黑洞關閉,使得來回過橋的旅行變得不可能。

克爾黑洞好像是兩個宇宙間的通道或閘口,這想法雖然詭異,基於物理學無法排除其可能性,因為黑洞的確以極快的速度旋轉。很快科學家就會知道,這些黑洞不僅可能連接空間中遙遙相隔的兩個點,同時也能充當時間機器來連結時間。

時間旅行的起點

1949年哥德爾發現第一個愛因斯坦方程式的時間旅行解,當時被認為是方程式一個新奇、偏門的獨立解答。不過自此之後,在愛因斯坦的方程式裡又找到許多時間旅行的解。例如,科學家發現早在1936年,W・J・范斯達康(W. J. van Stockum)找到的解就允許時間旅行。范斯達康解包含一個無限長的圓柱體,快速地自轉,就像是理髮院外的跑馬燈;若是繞著旋轉的圓柱體旅行,那麼可能比離開時更早回到原點,這很像是哥德爾在一九四九年的解。雖然這個解引人深思,但問題在於圓柱必須要無限長,長度有限的旋轉圓柱顯然不管用。因此基於物理考量,哥德爾與范斯達康的解原則上都可以被排除。

1988年,加州理工學院的基普・索恩(Kip Thorne)等人找到另一個愛因斯坦方程式的解,可以允許經由蛀孔進行時間旅行。他們指出有一種新的蛀孔可以完全穿過,解決了事界只能單向旅行的問題。事實上,他們還計算出這種時間機器的旅行,可能會和搭飛機一樣舒服。

這些時間機器的一切鎖鑰在於讓時空產生彎曲的物質或能量,要將時間彎成蝴蝶捲餅的形狀,我們需要龐大至極的能量,遠非現代科學所能及。索恩提出來的時間機器,需要負質量或負能量支持。但是沒有人見過負質量,若是你手中握有一片具有負質量的物質,它將會往上飛,而不是往下掉。搜尋負質量物質可說是徒勞無功,若是幾十億年前曾有這種物質存在地球上,也早就飛入外太空,永遠失去蹤影了。另一方面,負能量確實以卡西米爾效應的形式存在。若我們設立兩片電中性的平行金屬板,因為它們未帶電,所以不會相吸或相斥,應該是保持靜止不動。不過,1948年亨里克・卡西米爾(Henrik Casimir)提出一個新奇的量子問題,他證明兩片平行板會受一個很小的力量相吸,在實驗室也測量到了。

因此索恩的時間機器可以依下建造:取兩對平行金屬板,由於卡西米爾效應,板子之間將存有負能量。根據愛因斯坦的理論,負能量的出現會在該區時空上打開小洞或泡沫(比次原子粒子更小)。現在為了說明起見,假定有比我們更先進許多的文明能夠操縱這些洞,在兩組平行板中各抓住一個洞,然後拉長到形成管子或蛀孔、能夠連接兩對板子為止(要用蛀孔連結這兩對平行板,是今日科技遠遠無法企及的)。現在將其中一對板子送上火箭,以接近光的速度旅行,火箭船上的時間會減慢。如前面提過,火箭上的時鐘會走得比地球上的時鐘更慢,若是你跳進地球上兩片平行板中間的洞,將會被吸進連結兩組板子之間的蛀孔,發現自己置身在過去時間的火箭上,而身處於不同的時間與空間點。




面對人生五大課題,如何超越自我?用體能訓練的心態為自己展開超越之路

面對人生五大課題,如何超越自我?用體能訓練的心態為自己展開超越之路
Photo Credit:中國人壽

我們想讓你知道的是

45秒精彩翻滾,來自19年的苦練,翻滾男孩李智凱,因著奧運銀牌,成為台灣人心中的鞍馬王子。這19年間,除了教練、防護員,他還有一位重要神隊友—妻子,他在求婚貼文裡這麼感謝她:「不論是遇到挫折、失敗與失落,或者訓練受傷伴我走出谷底,她是我努力不懈奮鬥的動力來源。」我們的人生不在奧運場上,而是在人生GYM裡,不妨師法鞍馬王子,把「對的人」留在身邊,一起練生命裡的五大課題。

關關難過關關過,我們需要學習如何鍛鍊自我、更自信面對困難。就像李智凱的幽默態度:「遇到瓶頸算什麼?你還有瓶身跟瓶蓋要過,才能度過這個難關。」鍛鍊自我的過程中不可能永遠順利,但我們可以持續努力!以下列舉生命五大課題中常見的問題情境與自我訓練方法,陪伴大家在人生GYM中的訓練更順利:

工作課題:接受挑戰是最好的自我訓練,彼此陪練成果大於單打獨鬥

工作難題千奇百怪,也許你已經在一間不錯的公司,卻對自己日復一日的工作內容感到茫然?又或者面臨重重的考驗,付出全力卻達不到夠好的表現?工作,如同運動訓練,心態是關鍵決勝點,「即使可能失敗,也要用盡全力」世界球后戴資穎教我們選擇接受挑戰,以對得起自己的工作態度,對自己負責。

當你遇到人生好難、吃苦當吃補時,不妨試著對著鏡子擺出超人姿勢,提醒自己是有能力、有價值的人,以「做就對了」的良好工作態度持續努力。因為即使當下不受肯定,做好自己的工作,就是為自己的未來找到更好的舞台,為超越自己做前置準備;擁有神隊友,也是不可或缺的,一起努力的夥伴,互相陪練、交流成長,絕對會比單打獨鬥更能達成理想目標。

人際關係課題:基本訓練是「尊重」,進階訓練是「找到對的夥伴」

在與人相處上,我們常因過於在乎,而把對方看得太重,甚至期待對方以同等態度回應,一旦期待落空,心中的不平衡感就會出現,甚至產生自我否定與懷疑,這樣的心態很容易讓關係變質,走向怨懟,甚至破局收場。

與人相處首先訓練「尊重」。要尊重自己、知道自己值得被愛,而不是只有無止境的付出才能得到對方的愛;再來尊重每個人都是獨立個體,不強加自己的喜好與期待在別人身上,保持讓彼此舒服的空間,才是平衡關係的第一步。

此外,就像職業運動選手需要優秀的陪練員,請花些時間為自己尋找一起陪練人生的好夥伴。美國知名企業家Jim Rohn曾提出「五人平均值」理論,意思是你的人生樣貌,會是你最親近的五個人的平均,他們的性格、生活習慣多多少少潛移默化著你的人生。請訓練自己將對的人留在身邊、不對的人早日放下,互相帶領彼此進步。

家庭課題:培養同理心,創造空間,陪伴彼此一生

家人關係像一支球隊,當每位成員在最適合自己的位置、彼此付出時,才能讓家庭的能量發揮到最大。但若強加期待於家人,忘卻同理心,則會適得其反,就像父母常向子女要求:「你應該要努力成為頂尖」,卻對子女的優點視而不見;子女則常覺得「爸媽都不了解我」,卻忽略他們也在學習如何當父母。

和諧的家庭關係,來自培養「同理心」,請試著放下期待、好好聆聽、避免情緒勒索。當你放下期待時,不滿的情緒會消失,聆聽才有機會發生,這也是為彼此創造空間,找到對彼此都好的相處模式。家人是一輩子的連結,不是一輩子的壓力,就用空間來保護最親密的家人吧,讓彼此擁有生活的餘裕。

心理健康課題:練習接住負面情緒、珍惜陪伴能量

運動不可能只有勝利,更多的是面臨失敗的時刻,人生也是。當不如意發生時,隨之而來的負面情緒會讓人失去希望和前進的動力,如何面對它?除了不閃躲的勇氣,我們首先要做的是「接納」。

產生負面情緒是再自然也不過的事,就連球后小戴都承認:「我也不是無時無刻都滿滿的正能量,但正面的想法確實可以幫助自己更好。」在正能量被負面情緒打擊之時,請先允許自己接住情緒,不自責、不批判、沒有好壞對錯。

再來,為自己做點深呼吸,爭取機會讓正能量反彈向上。同時,擁有健康的支持系統也是必要的,請好好珍惜身邊的陪伴關係,它能幫助你走得更遠。

身體健康課題:找到好的人生夥伴一起前行,堅持訓練計畫

嘗試各種訓練的你,自然不會忽略生理健康訓練,「好好過生活」這簡單的五個字,需要有計劃地落實。每日進行體能訓練、攝取均衡營養、充足睡眠,我們自然能擁有健康多一點。同時別忘了More Fun Together,為自己找到志同道合的夥伴,帶領我們看見更好的自己。

不論你現在面臨哪一種人生練習題,請相信自己不是孤單地面對訓練,因為在人生GYM的這條路上,你會遇見好夥伴,彼此分享正能量,也有中國人壽提供完整保障、全力守護,讓你沒有後顧之憂地專注訓練、超越自我朝夢想勇敢前行。