伽瑪射線暴經歷時間逆轉的原因,可能與超光速有關

作者 | 發布日期 2020 年 03 月 14 日 0:00 | 分類 天文 Telegram share ! follow us in feedly


我們已知時間只朝一個方向前進,那就是未來。但在 2018 年,天文學家觀測到一些伽瑪射線暴的事件在重複發生,就如同它們逆轉時間後再進行很多次一樣,而最近的研究提出了一個可能的答案,如果伽瑪射線暴的相對論性噴流中的波速超過光速,亦即「超光速」,便可能造成時間的可逆性。

這種加速實際上是能做到的,當光在通過某些介質時,它在該介質(又稱為相)的相速比真空中的光速還要慢,故波可以在不打破宇宙速度極限的條件下,以超光速前進,但需要釐清這些噴流的來源。

伽瑪射線暴是目前人類所知在宇宙中能量最大的爆炸,它們的持續時間可能從幾毫秒甚至到幾小時,人類對它知之甚少,從一些中子星對撞的觀測可得知,這些碰撞會產生該現象,且有許多天文學家相信,當一顆巨大且高速旋轉的恆星坍縮成黑洞時,原先會產生巨大的超新星向周圍猛烈噴發,但卻因為自身重力場太強,將物質壓縮在其兩極地區噴發出來成為高速噴流,這種現象即為伽瑪射線暴。

當聲波在空氣中行走的速度慢於物體的速度時,稱為超音速,其後方會產生音爆,例如超音速客機或火箭;而粒子在介質中的行走速度比光在同一個介質的速度還快時,就稱為超光速,這種現象會產生「光爆」,當電子在水中的前進速度比光還快時稱為契忍可夫輻射,會發出一種獨特的藍光,伽瑪射線暴也會發生同樣的現象,科學家已經利用電腦模型證實了這一點。

▲ 愛達荷國家實驗室 ATR 核心發出的契忍可夫輻射輝光。(Source:Argonne National Laboratory / CC BY-SA

研究人員在論文中寫到:伽瑪射線暴所引起的衝擊波,在從次光速加速到超光速或是減速回次光速時,均會產生新的輻射效應,就像是再次看到新的輻射源一樣。這種現象被他們稱為相對論性圖像重影,當粒子超光速移動時會產生契忍可夫輻射,而在次光速移動時又會產生同步輻射,這就產生了一種時間向前及時間向後的兩組伽瑪射線暴。

請注意,這種重影現象並沒有真實出現在實驗室中,但研究人員表示,這種現象同時解釋了多次伽瑪射線暴及超光速噴流,也同時保留了舊有的標準伽瑪射線暴模型,因為舊有的模型中忽略了時間可逆性,但他們也認為,如果其所涉及的電漿態物質在超光速輻射的過程中非透明的話,那一切又完全不可確定了。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:Flickr/Hubble ESA CC BY 2.0)

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