黑洞，可以說是宇宙中最神秘的天體之一了。這個不可思議的天體，在視界范圍內(nèi)完全藐視任何物理定律，讓我們完全看不到它里面會發(fā)生什么。即使在視界范圍之外，也有很大區(qū)域受到它恐怖引力的影響，變得十分混亂。質(zhì)點周圍存在的一個界面“視界”，一旦進入這個界面，即使光也無法逃脫。
可是，在這個宇宙中，即使是黑洞也會不甘寂寞，有的時候湊成一對，組成雙黑洞系統(tǒng)。在雙黑洞系統(tǒng)內(nèi)，空間會變得更加凌亂。
更讓科學(xué)家震驚的是，2014年，南非開普敦大學(xué)的Roger?Deane等人在《自然》期刊上發(fā)表文章，宣布他們發(fā)現(xiàn)了一個驚人的三黑洞系統(tǒng)。這個三黑洞系統(tǒng)，位于一個名叫 SDSS J150243.09+111557.3的星系中(我承認(rèn)，對于你們來說，這個名字可能比三黑洞系統(tǒng)還要混亂)。早在這之前，天文學(xué)家就發(fā)現(xiàn)到它了，不過一直認(rèn)為是類星體，后來才確定了三黑洞系統(tǒng)的身份。
2019年的時候，天文學(xué)家又在名為SDSS J084905.51+111447.2的系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了另一個三黑洞系統(tǒng)。隨后，天文學(xué)家利用廣域紅外巡天探測器”(WISE)和錢德拉X射線太空望遠鏡等設(shè)備進行了紅外和X射線數(shù)據(jù)收集，確定了三黑洞系統(tǒng)的身份。他們指出，三個黑洞之間的距離在1-3萬光年之間。而且，它們之間的距離正在逐漸縮小，未來很有可能相撞，引起一場宇宙中的巨大波瀾。
但是，盡管天文學(xué)家們提出了這個說法，但目前仍不能精確地描述它們的軌跡和運行機制。葡萄牙阿威羅大學(xué)天文學(xué)家Tjarda Boekholt和他的同事們在4月份的《英國皇家天文學(xué)會月報》上發(fā)表文章稱：即使你能在物理上盡可能精確地測量出三個黑洞的位置，你仍然可能不知道黑洞會去哪里。
很多人認(rèn)為，通過現(xiàn)在的萬有引力定律和愛因斯坦的相對論，我們應(yīng)該可以很好地推測出一顆天體的運動模式。比如1846年，天文學(xué)家正是通過計算而發(fā)現(xiàn)了海王星?；蛘咴诂F(xiàn)代，只要發(fā)現(xiàn)一顆近地小行星，我們就能基本上確定它何時會靠近地球、以多遠的距離和我們擦肩而過而不會威脅到我們、甚至可以推算出10000年后我們將會看到怎樣的星空。難道對于黑洞，反而無法計算了嗎?
事實證明，還真是這樣。因為黑洞的引力實在太強了，所以一些微小的因素變化就能導(dǎo)致巨大的差別。
他們解釋說：這就是蝴蝶效應(yīng)的體現(xiàn)之一。蝴蝶效應(yīng)指的是一只在亞馬遜雨林的蝴蝶扇動一下翅膀，可能會導(dǎo)致空氣波動，最終掀起北美洲的一場風(fēng)暴。對于三黑洞系統(tǒng)來說，情況也是如此。一點微小的引力、位置變化，就可能對最終結(jié)果造成巨大的差別。
Boekholt和他的同事們利用計算機，進行了相關(guān)的模擬。他們的想法是：如果三黑洞系統(tǒng)的運動對于位置等因素的變化沒有那么敏感，那么只要讓模擬中的三黑洞系統(tǒng)延時間流動方向運行到一定時間，然后讓時間逆轉(zhuǎn)、倒退回去，看看和最初的位置是否靠近即可。如果能回到原位，說明它們沒有那么敏感;如果變化很大，那就證明我們將很難預(yù)言一個三黑洞系統(tǒng)會如何演化。
在這個過程中，他們只要設(shè)定好黑洞的基本信息，然后反復(fù)進行正向時間的模擬和時間逆流的模擬再做對比即可。這個模擬實驗，所需要的變量不多。為什么呢?因為計算機的精度有限，它模擬不出一個無限不循環(huán)小數(shù)，只能精確到小數(shù)點后某一位。因此，即使平時計算時看起來已經(jīng)非常精確了，但還沒有達到完美。比如π，即使取到小數(shù)點后一萬位，也仍然不等于π，只是盡量地近似于π。
他們就是要看看，這種微小的誤差會造成多大的結(jié)果差異。
于是，他們開始模擬。在計算機中，三個黑洞開始運行。這個模擬進行了幾千萬年，得到了三個黑洞的最終位置。然后，再進行反演，通過這三個黑洞的最終位置和運動狀態(tài)，倒推它們在幾千萬年前都在哪里。
反復(fù)實驗的結(jié)果顯示，很多情況下，他們倒推回去的黑洞位置，和最初已經(jīng)有了很大的差別。
為了確定三黑洞系統(tǒng)對位置的差別有多么敏感，他們不斷縮小誤差，盡量精確。令人驚訝的是，即使三個黑洞的相對距離偏差了僅僅普朗克長度(1.6x10^-35米)，仍有5%的情況下會出現(xiàn)位置的偏差。
我們知道，普朗克長度已經(jīng)是距離的極限了，我們不可能讓距離更小了。這意味著，不僅我們對于黑洞的演化很難推測，也很難對現(xiàn)在這些黑洞的過去有一個非常準(zhǔn)確的反演。
這讓我想起了比特幣所涉及到的哈希運算：正向計算很簡單，但是用結(jié)果推測最初的自變量極難，或者說幾乎不可能。而三黑洞系統(tǒng)，由于精度、影響因素繁多等原因，甚至連正向計算都極難。
雙星系統(tǒng)至少從我們已知的領(lǐng)域來說，孕育生命的概率不太高，就更不用說三體系統(tǒng)了。我們大概率相信，未來人類也許有足夠先進的科技，能夠解開這些復(fù)雜的“運算”，把握雙星、三星、三黑洞甚至更復(fù)雜的宇宙系統(tǒng)的運行規(guī)律。
下載文檔
