演化 宇宙

演化 宇宙演化 宇宙

人人

物理系 侯維恕

202 10460

本著作除另有註明外，採取創用CC「姓名標示－非商業性－相同方式分享」台灣2.5版授權釋出

第 10 單元：宇宙 6 黑洞與時光機

Our Cosmic Habitat Paperback, 224 pagesPrinceton University Press (2003)

開場：創世可以有所不同嗎？

第一段：從大爆炸到生命圈1.行星與恆星2.生命與自覺意識3.原子、星星、銀河4.銀河之外5.銀河之前6.黑洞與時光機

第二段：起初與末了1.減速抑加速？2.很久以後： 3.事情的起頭 ― 頭一毫秒

第三段：基要與臆測1.穹蒼與微觀世界2.多重宇宙與人本論證

本作品由 Princeton University Press 同意課程：演化、宇宙、人使用，本資料庫亦無再授權他人使用之權利，您如需利用本作品，請另行向權利人取得授權。

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自己組織起來去買 已獲作者同意爲授課做中文翻譯

6. 6. 黑洞與時光機黑洞與時光機

完全重力崩塌 黑洞黑洞；超大黑洞與星系核

時間快轉 ( 及倒轉？ ― 時光機 ) 快轉看到未來；回到過去與紀年保護定律

I.I. 從大爆炸到生命圈從大爆炸到生命圈

完全重力崩塌

重力已經在某些物體勝過其他作用力：黑洞 ― 它們已崩塌的如此之深， 連光或任何訊號都無法逃脫： 但仍留下凍結的時空扭曲 在原來的所在為印記。

各星系裡有大量的黑洞

( 星球的殘餘 )~ 幾公里大NASA

White DwarfNeutron Star

Ute Kraus

擋著麥哲倫星雲的黑洞模擬圖 (距離 9 倍遠 )

兩個「愛因斯坦環」是麥哲倫星雲扭曲的影像

黑洞的重力透鏡效應扭曲背景星系模擬圖

Alain r

Urbane Legend

Yakov B. Zel'dovichЯков Б. Зельдович

(1914 -1987)

John A. Wheeler(1911 - 2008)

Dennis W. Sciama(1926 - 1999)

莫斯科學派 普林斯頓學派 劍橋學派

Rees 和 Hawking 的恩師

「… 入射的光與粒子 …

進入黑洞黑洞只會增加它的 質量，因而增加它的 重力吸引。」(1967)

崩塌的物體附近凍結的時空扭曲 ― 「凍結星」

黑洞是直接以空間為素材做成，結構像

基本粒子一樣簡單。 質量、自旋 ( 、電荷 ) [ 大小與質量成比例 ]

熱 X- 光

拋掉

星球被撕裂* 十

年後

多數氣體已被吸

入

超大黑洞

* 一個小心的太空人，可以把自己放到最靠近的軌道而不至於掉入快速旋轉的 (Kerr) 黑洞

X- 光 可見光NASA/CXC/M.Weiss

ESONASA/CXC/MPE/S.Komossa et al.

NASA/CXC/SAO

NASA/CXC/M. Weiss

星系的核心還有更大的黑洞

超過三十億太

陽

質量的黑洞

(

大小大過太陽系)

活躍星系

核「黑洞這個最奇怪、最不熟悉 的天文物體，竟會是我們的 理論圖像最完整的。」

但，核心有個 奇異點 奇異點 (singularity) …

沿轉軸逃脫之粒子

只是個 “小傢伙 ”Sgr A* 附近 銀河的核心 ∃ ~ 400 萬太陽質量之黑洞

星星感受附近一個暗天體的重力，以快十倍的速度運行在軌道上

黑黑洞洞大大小小與與質質量量成成比比例例

很幸運！NASA/CXC/M.Weiss

STScI

時間快轉 ( 及倒轉？ ― 時光機 )

如果主觀看到的鐘和穹蒼的鐘相比跑得很慢，你可以做「向前快轉」到未來的旅行。

在最靠近黑洞的軌道的太空人，時 - 空的扭曲使他的鐘變得任意的慢，他在主觀上可因此在很短的一段時間內，看到外在宇宙極長的未來。

我們的直覺來自我們遠程祖先的生活環境，並不提供對這種效應的經驗。

噴射客機的速度 ~ 光速百萬分之一

問題：回到過去的時光旅行？

愛因斯坦方程式 Gödel solution (1949)

有些世界線是閉鎖的迴路 ― 也就是說，你可以 回到自己的過去。

Richard Gott時光機可以從兩個「穹蒼弦」 (cosmic strings) ― 重到可以扭曲空間的微觀的、極細的、超高密度的長管子 ― 建造出來

一整個宇宙生命週期有限，在時間裡描出一個迴圈，它的終點也是起點。

[ 不是我們的宇宙 ]

牛頓常數

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「蟲洞」旅行 ?

「紀年保護定律」？究竟建造時光機的障礙「僅僅」是技術性的，

Grandfather ParadoxRené Barjavel, Le Voyageur imprudent (1943)

“If one goes backwards in time and kills an ancestor before he had children, then the traveler cannot exist and therefore could not travel back, and cannot kill the ancestor.”

時間迴路裡的事件必須自我協調地連接

邏輯上矛盾 機率為零

還是有一個基礎物理定律禁止它 ?

Novikov 自洽原則

unsolved problems in

physics! !

Benji64

NASA

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作品作品 授權條件授權條件 作者作者 // 來源來源本作品由 Princeton University Press 同意課程：演化、宇宙、人使用，本資料庫亦無再授權他人使用之權利，您如需利用本作品，請另行向權利人取得授權。Princeton University Press網址：http://press.princeton.edu/

NASAhttp://www.nasa.gov/audience/forstudents/9-12/features/stellar_evol_feat_912.html20101113 visited

http://www.astronomy.ohio-state.edu/~pogge/Ast162/Unit3/extreme.html20101113 visited

http://www.astronomy.ohio-state.edu/~pogge/Ast162/Unit3/extreme.html20101113 visited

Ute Kraushttp://en.wikipedia.org/wiki/File:Black_Hole_Milkyway.jpg20101113 visited

Alain rhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:BH_LMC.png20101113 visited

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Urbane Legendhttp://en.wikipedia.org/wiki/File:Black_hole_lensing_web.gif20101113 visited

http://www.kosmologika.net/Scientists/Zel'dovich.html20101113 visited

Princeton Universityhttp://www.princeton.edu/pr/pwb/08/0421/wheeler/20101113 visited

http://www.icg.port.ac.uk/sciama09/sciama.html20101113 visited

NASA/CXC/M.Weiss; NASA/CXC/MPE/S.Komossa et al.http://www.nasa.gov/centers/marshall/multimedia/photos/2004/photos04-021.html20101113 visited

NASA/CXC/SAOhttp://www.naoj.org/Pressrelease/2006/02/15/index.html#fig120101113 visited

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NASA/CXC/M. Weisshttp://chandra.harvard.edu/photo/2004/rxj1242/more.html20101113 visited

NASA/CXC/M.Weisshttp://chandra.harvard.edu/photo/2005/bhlock/more.html20101113 visited

Hubble Sitehttp://hubblesite.org/gallery/album/pr1994023a/20101113 visited

Institute for Advanced Study, Einstein Drive, Princeton, New Jerseyhttp://www.ias.edu/people/godel/institute20101113 visited

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Jim Al-Khalili著，陳雅雲譯，究竟出版社，2000年。

作品作品 授權條件授權條件 作者作者 // 來源來源

H. G.威爾斯 / 著，蔡伸章譯。新雨出版社， 2001年。

Gott, J. Richard, III, Houghton Mifflin, 2002.09.19

NASAhttp://www.grc.nasa.gov/WWW/bpp/20101113 visited

Benji64http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Worm3.jpg20101113 visited

If one goes backwards in time and

kills an ancestor before he

had children…

René Barjavel, “Le Voyageur imprudent” (1943)