2/07/2024

無:200~霍金的奇點與黑洞理論(坤)

【引言】

無名天地之始;有名萬物之母。故常無欲,以觀其妙;常有欲,以觀其徼。

這句話來自《道德經》的第一章,與霍金的宇宙論不謀而合。形容宇宙的開始,來自「奇點」,一個非常小的一個點,然後大爆炸。

霍金提出黑洞理論,很多恆星死亡後就會坍陷,不再發出光芒,而變成一個非常高密度高質量的黑色星球,它的重力可以吸引附近的物質,也包含任何的粒子與光子。

而奇點,就是一個超級高密度的黑洞,可能就是宇宙大爆炸前的最大黑洞。

霍金提出「無邊界宇宙」的概念,宇宙也許是沒有邊界的,會一直膨脹下去,但膨脹到了一定程度後,宇宙內圈星球的集體重力吸引力大於外部星球離開的膨脹力,內圈星球就會將所有外部星球再吸回來,如果吸引力夠大,到了某一個時候,宇宙會再回到奇點,類似一個超級大黑洞。等待再一次的大爆炸。

上一次的奇點,發生在130~150億年之前, 而現在的宇宙還在膨脹中, 我們不知道宇宙會膨脹到什麼階段?也不知道需要多少時間,將宇宙再縮回到奇點。這些想法,也沒有人可以證明。

【一字】

無,說文解字說, 亡也。凡所失者,所未有者皆如逃亡然也。

就道家與佛家的經書都有提到「無」,在網路上,可以看到成千上萬篇道家與佛家的學者或修行者的解釋,我用淺顯的理解說明他們之間的不同。在道德經,無,不是虛無或空無,而是一種認知的狀態。在佛經,無,就是虛空或不存在,是要捨去有,捨去的終極狀態。

我個人的理解, 宇宙大爆炸前的奇點,比較像是道家的「無」。

【一圖】

這張圖,我以坤卦,也就是64卦中的全陰爻的卦,來呼應霍金的宇宙論。因為奇點(singularity)就是極高密度的狀態,也是宇宙開始前的狀態。一旦爆炸後,宇宙的射線「直,方,大」的發展, 演變成今天的狀態。

我將霍金的宇宙論六個階段都當作陰爻,因為他的理論,都是「務虛」而難以「實證」。例如他早年提出「黑洞」的理論, 後來天文學家發現黑洞也會輻射出粒子,不全然吸收所有粒子,於是他又提出「黑洞輻射論」,到他晚年,他又提出「黑洞資訊悖論」以及「黑洞也許不存在」的不同想法。

霍金真的是個很堅強的人,他是一位漸凍人,在21歲發病後,他還能以意志力堅持活下去,坐在輪椅上超過50年,在他後來的研究歷程當中,很辛苦的與他人對話。還不忘記與其他學者打賭與論戰, 因此畫出他在輪椅上的小圖向他致敬。

右下角,則是模擬的黑洞示意圖。這是參考NASA在網路上公開的黑洞模擬圖。

這六個爻右邊的文字,是參考霍金在他生平中,主要發表的文章或論文, 資料來源是Wikipedia的資訊, 分別是

1966年《宇宙膨脹的性質》

1966年《奇異點與時空幾何》

1973年《時空的大尺度結構》

1974年《黑洞爆炸》

1981年《宇宙邊界條件》

1994年《時空的性質》

此外, 霍金最知名的著作是《時間簡史:從大爆炸到黑洞》(英語:A Brief History of Time: from the Big Bang to Black Holes)是在1988年出版的英文版。後來2005年又出版更讓大眾容易理解的版本。

【補充】

霍金的價值觀:參考Wikipedia

針對癱瘓病人的安樂死, 霍金說:「他有自由選擇結束生命,但那將是一個重大錯誤。無論命運有多壞,人總應有所作為,有生命就有希望。」

針對宗教,霍金說「在我們了解科學之前,相信上帝創造宇宙是很理所當然的。但是現在科學已經提供了更讓人信服的解釋。我所說的『我們將了解上帝的心意』的是指,如果上帝存在的話,我們會了解任何上帝知道的事情,但他並不存在。我是一位無神論者。」

針對外星生物,霍金在探索頻道2010年紀錄片《與霍金探索宇宙》裡表示,宇宙有1000億個星系,從看數字就可合理推斷外星生物存在。霍金鄭重警告,外星人極有可能不懷好意,人類不該再發送訊息到宇宙中,意圖與外星人接觸。

有關霍金的電影:《愛的萬物論》(英語:The Theory of Everything)2014年詹姆士·馬許執導的浪漫劇情傳記片。改編自珍·懷爾德·霍金所寫的回憶錄《Travelling to Infinity: My Life with Stephen》,講述她與前夫、理論物理學家史蒂芬·霍金的戀愛和生活往事。

【參考】

維基百科 霍金 https://zh.wikipedia.org/zh-tw/史蒂芬·霍金

霍金與黑洞 https://pansci.asia/archives/139118

1915年蘇瓦玆德的論文發現,宇宙中的所有星球將因為重力的關係,內縮崩潰到密度為無窮大的一中心點:重力場方程式在該處是無解。蘇瓦玆德及愛因斯坦都不相信這樣的星球可能存在,他們認為那只是數學上的奇異點(singularity);在星球縮小到這點之前一定會有我們現在尚不清楚之物理發生。

1967 年,理論物理學家惠洛(John Wheeler)開始採用「黑洞」(black hole)這一名詞。

1972年天文學家在天鵝座(Cygnus the Swan)發現極強 X光光源是某一個黑洞造成的。霍金於 1974 年賭輸索恩(Kip Thorne, 2017 年諾貝爾物理獎)承認 Cygnus X-1(天鵝座 x-1,離地球約 6000 光年)的光源是一個黑洞。

1974 年霍金(Stephen Hawking)將普遍相對論的時空彎曲現象用到量子場論(quantum field theory)內,發現「黑洞並不是如我們所描畫的那麼黑」,而是不停的在輻射能量!我們現在稱此一黑洞輻射為「霍金輻射」(Hawking radiation)。