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新的理论提示黑洞可能毕竟服从物理学的法则

2025-04-03 07:28阅读：1,122

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/2614811577

新的理论提示黑洞可能毕竟服从物理学的法则
By Robert Lea published 2 days ago
Black Holes
奇点是一个黑洞的最神秘和有问题的部分。这是我们的空间和时间的概念字面上不再有意义的地方。
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新的理论提示黑洞可能毕竟服从物理学的法则


(Image credit: Robert Lea (created with Canva))
一组科学家已经开发了一种消除物理学中最困扰的一个方面中心奇点的黑洞配方，
在这个点上我们所有的理论、法则和模型崩溃。
如果你要去设计一个来保存秘密同时完全的麻烦的物体，你不能比一个黑洞做得更好。
首先这些宇宙巨人的外部边界是一个叫事件地平线的单向陷光表面，在这个点上一个黑洞的引力是如此强大以致甚至连光不能逃脱。这意味着没有任何信息能从一个黑洞内逃脱，因此我们永远不能直接观测或测量什么躺在黑洞的核心。
利用爱因斯坦的1915年的叫广义相对论的引力理论，科学家们能建模一个黑洞的内部。问题是当他们这样做时广义相对论告诉我们所有的数学值都会在一个黑洞中心的奇点处走到无穷大。
新的研究提示没有一个中心奇点的普通黑洞——有蛋糕并吃它的物理等价物——可能不止是充满希望的物理学家的狂热梦想。
研究团队成员、英国杜伦大学研究员罗比·亨尼加告诉太空网站，“奇点是一个黑洞的最神秘和有问题的部分。它是我们的空间和时间的概念字面上不再有意义的地方。如果黑洞没有奇点，那么它们是远更普通的”。
奇点思维的：物理学家要一个东西
爱因斯坦的广义相对论陈述有质量的物体弯曲空时的非常织造（空间的三维与时间的一维相结合），而引力从这个曲率发生。质量越大空时的曲率就越极端，引力的影响就越强。所有这些都被用支撑广义相对论的方程爱因斯坦的场方程来计算。
西班牙巴塞罗那大学宇宙科学研究所（ICCUB）的团队成员巴勃罗·安东尼奥·卡诺·莫利纳-尼尼罗拉告诉太空网站，“空时曲线被爱因斯坦场方程确定的样子是广义相对论的基石”。
他补充道，“这些方程是极端的成功，因为它们预测宇宙中大量可观测的现象，从行星的运动到宇宙的演化和黑洞的存在。但它们也预测奇点的存在，这是有问题的”。黑洞——有极端曲率的空时区域——最初从德国物理学家和天文学家卡尔·施瓦茨柴尔德在1915年第一次世界大战期间在前线服役时提出的爱因斯坦场方程解的概念发生。这些解在那个区域的中心走到无穷。物理学家不喜欢无穷，因为它们表明他们的模型的崩溃或不完整或者提示某些完全非物理的东西。这对物理学家意味着某些真正令人不安和不愿望的事情。
莫利纳-尼尼罗拉说，“在广义相对论中，一个黑洞的内部就像一个收缩的宇宙一样，在那里奇点代表当空间本身坍塌的时刻”。

新的理论提示黑洞可能毕竟服从物理学的法则
在荷兰莱顿的布尔哈夫国立博物馆的墙上画了一幅爱因斯坦的场方程式的壁画。照片拍摄于2022年7月。 (Image credit: Robert Lea)
莫利纳-尼尼罗拉补充说，许多物理学家相信当引力变得异常强大和空时被高度翘曲时广义相对论必须被一个更基本的理论取代。已经假设了这将是一个导致一个一切的理论的量子引力理论，这将统一目前不相容的广义相对论和量子物理理论。
莫利纳-尼尼罗拉说，“希望是在这个完整的理论中黑洞的奇点将被消除。现在我们的规则黑洞的配方正精确的走在这个方向中，但不是用一个完整的量子引力理论，而是我们用叫一个“有效理论”的某些东西。这是一个被假设来捕捉一个假设的量子引力理论的效果的经典引力理论”。
这相当于研究小组修改爱因斯坦场方程以便当空时被高度翘曲时引力不一样的行为。最终这导致黑洞的中心奇点的消除。
量子引力和其他问题
这个新修改的理论提示在一个黑洞的中心没有奇点。因此在这个极端的异域存在什么呢？
尼尼罗拉说，“在我们的模型中空时坍塌停止，奇点被一个位于黑洞核心的高度翘曲的静态区域取代。这个区域是静态的，因为它不收缩。这意味着一个观察者假设的可以呆在那里，假设他们能够在这个区域中巨大但有限的引力生存”。
除了弯曲的空时，如果这个理论是正确的在黑洞的核心另外住着什么呢？按照亨尼加，严格地说没有任何东西。
杜伦大学的研究人员继续说，“这些黑洞到处都是纯真空；不需要物质存在，但如果愿望人们能容易的包括，有一个缺乏物质的黑洞可能听起来很诡异，但同样的事情甚至能在广义相对论中发生”。

新的理论提示黑洞可能毕竟服从物理学的法则
显示一个黑洞造成一个空时中的下跌翘曲的描画。 (Image credit: Robert Lea (created with Canva))
即便该研究小组的黑洞概念被验证，它很可能不会停止搜索一个实在的量子引力模型和一切理论的研究。
亨尼加继续说，在某种意义这是一个不能被避免的问题。在我们的宇宙中恒星所有时间正在坍塌，这是一个不可避免的物理过程。但这种常见的发生是某些推动我们走过我们知道一切的东西。在坍塌的最后阶段，就在人们到达奇点之前引力和量子效应都很重要。
因此，我们已经知道人们仅从广义相对论得出的结论对描述这样一个极端的地方/时刻是不足够的。
失去这个奇点意味着失去这个秘密？不完全..
如果正确，这项研究可能有点解密黑洞，但它打开许多仍不得不回答的问题。
莫利纳-尼尼罗拉说，“我们的工作为一些秘密提供答案，但它打开其他的。例如按照我们的模型——以及科学文献中的其他建议——落在一个规则黑洞内的物质最终会通过一个位于一个不同宇宙中的白洞或同一宇宙的一个不相连区域退出”。
“这看起来很异域的，但如果奇点确实不存在这是唯一的可能性：所有进入一个黑洞的东西最终必须从它出来”。

新的理论提示黑洞可能毕竟服从物理学的法则
这是涌入一个黑洞物质穿过一个爱因斯坦-罗森桥并浮现在宇宙的另一个区域的描画。 (Image credit: Robert Lea (Created with Canva))
研究人员补充说，这个过程跟着它自己的问题，这也必须被调查来评估团队的想法的稳健性。
大的问题是是否科学家从黑洞的实际观测从来找到这一理论的证据；毕竟我们知道我们不能简单的窥视进它们的内部。
莫利纳-尼尼罗拉说，“很难说因为导致奇点分辨率的效果只可能在极强的引力体制中变得可观测的，可能的比我们能希望来观测的远更强。然而有一些实验能给我们提供一些可能性”。
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莫利纳-尼尼罗拉解释说，空时中的叫涟漪的引力波的观测允许天文学家来观测比从来更强的引力场。这给科学家们一个独特的试图发现超越广义相对论效应的机会，包括那些可能导致奇点分辨率的。
此外，如果研究小组的理论是正确的，在大爆炸后的宇宙膨胀纪元期间应该有一个告密故事的印记。
莫利纳-尼尼罗拉说，在这方面探测到一个还没有被探测到的原始引力波背景可以提供可能引力修改的线索。最后，一个缺乏奇点的后果是黑洞经由霍金辐射蒸发的最终产物将是一个微观的黑洞。
这些微观黑洞提供一个可能的暗物质候选。这样，如果暗物质原来是由微小黑洞组成，这将是一个有利于缺乏奇点的一个间接证据。
该团队的研究2025年2月发表在《物理快报B》杂志上。
最初发布在太空网站。
https://www.livescience.com/space/black-holes/black-holes-may-obey-the-laws-of-physics-after-all-new-theory-suggests

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