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【博科园-科学科普（关注“博科园”看更多）】在现实世界中，你的过去决定了你的未来。如果一个物理学家知道宇宙是如何开始的，她就可以计算出宇宙的未来。但加州大学伯克利分校的一位数学家发现了某些类型的黑洞，在这些黑洞中，这条定律失效了。如果有人冒险进入这些相对良性的黑洞，他们就能生存下去，但他们的过去将被抹杀，他们可能拥有无限的未来。过去曾有过这样的说法，物理学家们也曾援引“强大的宇宙审查”来解释它。也就是说某种灾难性的——通常是可怕的死亡，会阻止观察者进入一个时空的区域，在那里他们的未来不是唯一确定的。

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穿过黑洞的外部或事件视界，对于一个巨大的黑洞来说是很平常的。安德鲁·汉密尔顿的动画，基于约翰·霍利的超级计算机模拟。图片版权：John Hawley

这一原则在40年前由物理学家罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)首次提出，它保持了神圣不可侵犯的思想——决定论，任何物理理论的关键。也就是说，考虑到过去和现在，宇宙的物理规律不允许有超过一个可能的未来。但是加州大学伯克利分校的博士后Peter Hintz说，数学计算表明对于像我们这样正在加速膨胀的宇宙中某些特定类型的黑洞，有可能从一个确定的世界中幸存下来，进入一个不确定的黑洞。在未来不可预测的空间里，生活将会是什么样子还不清楚。但这一发现并不意味着爱因斯坦的广义相对论方程是错误的。

没有哪个物理学家会到黑洞里去测量它。这是一个数学问题，但从这个角度来看，这使得爱因斯坦方程在数学上更加有趣。这是一个只能从数学角度研究的问题，但它具有物理意义，几乎具有哲学意义，这让它非常酷。这…结论对应于一个严重失败的决定论在广义相对论中不能掉以轻心的重要性在现代宇宙学”加速扩张。加州大学圣巴巴拉分校(UC Santa Barbara)的加里·霍洛维茨(Gary Horowitz)参与这项研究，这项研究提供了“我所知道的最有力的证据，证明了在引力和电磁理论中，存在着强烈的宇宙审查。Hintz和他的同事上个月在《物理评论快报》杂志上发表了一篇论文，描述了这些不同寻常的黑洞。

视界之外

黑洞是一种奇怪的物体，它们的名字来源于一个事实，那就是没有任何东西能逃脱它们的引力，甚至连光都无法逃脱。如果你冒险过近，越过所谓的事件视界，你将永远无法逃脱。对于小黑洞，无论如何都无法生存。靠近视界的潮汐力就足以使任何东西变成意大利面：即拉伸它，直到它变成一串原子。但对于大型黑洞来说，像银河系核心的超大质量物体，如果不是数十亿倍的恒星质量，它的质量是几千万倍，那么，穿越视界就会是很平静的。因为应该有可能从我们的世界过渡到黑洞世界，物理学家和数学家们一直想知道这个世界会是什么样子，并且已经转向爱因斯坦的广义相对论方程来预测黑洞内的世界。

这些方程一直有效，直到一个观察者到达中心或奇异点，在理论计算中，时空的曲率变成了无穷大。然而即使在到达中心之前，一个黑洞探险者——谁将永远无法与外界交流她的发现——可能会遇到一些奇怪和致命的里程碑。Hintz研究的是一种特定类型的黑洞——一个标准的、非旋转的带电荷的黑洞——这样的物体在视界之内有一个所谓的柯西视界。柯西视界是决定论被打破的地方，过去不再决定未来。包括彭罗斯在内的物理学家们认为，任何观察者都无法通过柯西的地平线，因为他们将被消灭。

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随着时间的推移，当观察者接近视界时，时间会变慢，因为在强引力场中时钟会变慢。当光、引力波和任何其他遇到黑洞的东西都不可避免地落在柯西的地平线上时，一个观察者也会向内下落，最终会看到所有这些能量在同时发生。实际上，黑洞在宇宙生命周期中所看到的所有能量都在同一时间到达柯西视界，对任何能到达这个高度的观测者都被遗忘。

在不断膨胀的宇宙中，你看不到永恒。

然而这可能不适用于正在加速膨胀的宇宙，例如我们自己的宇宙。由于时空正被越来越多地分开，许多遥远的宇宙将不会对黑洞产生任何影响，因为能量不能以比光速更快的速度传播。事实上落入黑洞的能量只包含在可观测的视界之内:黑洞在其存在过程中所能看到的宇宙的体积。例如对我们来说，可观测的地平线比我们能看到的138亿光年更大，因为它包含了我们将永远看到的未来。宇宙的加速膨胀将阻止我们看到超过465亿光年的视界。在这种情况下，宇宙膨胀抵消了黑洞内部时间膨胀所造成的放大效应，在某些情况下，它完全抵消了。

在那些情况下——特别是光滑的、非旋转的带有大电荷的黑洞——所谓的“Reissner-Nordstrom-de Sitter”黑洞，一个观察者可以通过Cauchy视界进入一个不确定的世界。爱因斯坦方程的一些精确解是非常光滑的，没有弯曲，没有潮汐力趋于无穷，所有的一切都很好地表现在这个柯西视界和更远的地方。穿过地平线的通道将是痛苦而短暂的。在那之，一切都结束了，在某些情况下，比如一个雷氏-诺德斯特龙-德西特黑洞，一个人可以完全避开中心奇点，永远活在一个未知的宇宙中。

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一个带电的球形恒星的引力坍缩的时空图，形成一个带电的黑洞。穿越视界的观察者最终会遇到柯西视界，这是时空区域的边界，可以从原始数据中预测。Hintz和他的同事们发现，一个由一个问号表示的时空区域，不能像我们自己的那样，从一个加速膨胀的宇宙的初始数据中预测出来。这违反了严格的宇宙审查原则。图片版权：APS/Alan Stonebraker

无可否认，带电黑洞不太可能存在，因为它们会吸引异性，直到它们变得中立。然而带电黑洞的数学解决方案被用来作为旋转黑洞内部的替代物，这可能是正常的。光滑、旋转的黑洞，称为kerro - newman -de Sitter黑洞，会表现出同样的行为。这是心烦意乱，你可以制定一个带电恒星黑洞发生崩溃,然后爱丽丝旅行在这个黑洞足够极值,如果黑洞参数可能是她可以交叉柯西视界,幸存,到达地区的宇宙知道恒星的完整的初始状态,她不能说会发生什么。它不再是由对初始条件的充分了解所决定的。这就是为什么它很麻烦的原因。

通过与卡多索和他的同事们合作发现了这些黑洞，他们计算了黑洞在引力波的撞击下是如何形成的，它的音调和泛音持续时间最长。在某些情况下，即使是最长存活的频率也会衰减得足够快，以防止将柯西视界变成一个死区。Hintz的论文已经引发了其他论文，其中一篇声称大多数行为良好的黑洞不会违反决定论。但是Hintz坚持认为有一个违反的例子太多了。自90年代中期以来，人们已经自满了20年，这种强大的宇宙审查制度总是得到验证，我们挑战这种观点。

知识：科学无国界，博科园-科学科普
参考：物理评论快报，物理世界
内容：经“博科园”判定符合今主流科学
来自：加州大学伯克利分校
编译：中子星
审校：博科园
解答：本文知识疑问可于评论区留言
传播：博科园