理论研究暗示空时的“晶体”可能是某些罕见黑洞的起源

2026-06-11 06:14阅读：

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理论研究暗示空时的“晶体”可能是某些罕见黑洞的起源
通过带广义相对论进入更高维度三位物理学家已经证明了在空时几何中涟漪的一种数学模式可能诞生裸奇点和微观黑洞。
BY BENJAMIN SKUSE
PUBLISHED 21 HOURS AGO
Black Holes

理论研究暗示空时的“晶体”可能是某些罕见黑洞的起源

一个在黑暗太空中被涡旋的粉色和蓝色气体包围的黑洞的插图。一张空时围绕一个黑洞弯曲的描画。新的理论研究拾起被斯蒂芬·霍金和基普·索恩沉思过的一个关于是否“裸”奇点能从空时几何中罕见模式浮现的问题。(Image credit: MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY via Getty Images)
一项新的理论研究为在空时几何中一种涟漪的数学模式可能诞生裸奇点和微观黑洞的想法添加新的支持。这一新发现进步探究一个已经困扰物理学家数十年的课题。
1997年，斯蒂芬·霍金承认了与理论物理学家同行基普·索恩和约翰·普雷斯基尔关于裸奇点的可能存在的一场1991年的赌注的失败。裸奇点是像黑洞一样但没有一个事件地平线（一个超过它光和所有其他物质不能逃逸的点）的天体，使它们可观测到的。霍金最终承认了这种天体可能存在。索恩和普雷斯基尔的奖品呢？来遮盖他们“裸体”的T恤衫。
摇摆了霍金的证据来自物理学家马修·乔普图伊克。1993年，乔普图伊克研究了对阿尔伯特·爱因斯坦广义相对论方程的一组特定解。当时在被考虑为一台超级计算机上数字上的解，他表明了在非常特定的条件下裸奇点理论上如何可能发生。
乔普图伊克发现了通过建模一种简单的物质形式如一个场的引力坍塌并微调初始条件，一种不稳定的状态能被构建。这种理论

状态后来变成了著名的空时晶体——一种在空时几何中自我组织的重复的涟漪的数学模式——包含一个有无限曲率的点（一个裸奇点）的奇点。因为这样一个奇点不会在一个黑洞内部形成，理论上它是可观测的。
但就像液态水到冰的相变一样，这种状态是脆弱的，场在消散来变成空的空间或形成一个微观黑洞之间边缘摇摆。
该研究的作者、德国歌德大学的天体物理学家克里斯蒂安·埃克尔告诉生活科学杂志，“每当你用数值代码定制一个系统时你总是有一个问题，因为你只能在一台计算机上代表一个有限数字的位，历史的计算机仿真在不准确性变得不可避免之前只能走到如此远”。
尽管更近期的数值方法提供远更高的准确性，但它们不是刚好的并永远不能提供传统方法（例如利用代数和积分操纵方程）提供的深刻理解。
在5月12日发表于《物理评论快报》杂志的新研究中，研究人员数学上精确的描述了空时晶体、裸奇点和微观黑洞的形成。

理论研究暗示空时的“晶体”可能是某些罕见黑洞的起源

一张科学图表显示两个不同的分子模型，在它们上方有一个黑洞。一个空时“晶体”（左）与一个天然晶体晶格（右）的对比示意图(Image credit: TU Wien)
一个纸笔解决方案
他们仅用纸和笔和一些数学手法成功了。合著者、维也纳工业大学理论物理研究所体物理学家丹尼尔·格鲁米勒告诉生活科学杂志，“每当物理学家发现一个小参数时他们是幸福的因为他们能在这个参数为零时先求解方程，然后用标准微扰理论对它添加小的修正，广义相对论本身没有一个小参数，但如果你注入一个小参数[维度的倒数并让这个数是宏大的]……那么你能用这些微扰工具并掌握否则非常棘手的方程”。
当维度的数是无穷大时该团队的精确解仅几行就能拟合上。鉴于我们最肯定的没有正生活在一个无限维的宇宙这一解是不切实际的。然而，随他们将这一维度降低到更现实的数值，该解法要求了使表达式越发复杂的额外的项。
格鲁米勒说道，“到目前为止我们能够一致的连接的最低维度是52，但这个数值数据仅延伸达14维——因此有一个间隙”，他指的是纸笔推演和数值技术目前都还不够精确来交汇。
格鲁米勒补充道，“在未来，我们计划将数值扩展到更高维度以便我们能实际的连接这两者”。
这样做将提供一个迫人的空时晶体、裸奇点和微观黑洞在一个像我们这样的宇宙中数学上是可能的案例，然而这将仍然不能证明它们实际上在现实中存在。最终，霍金可能已经过早颁发了那些T恤。
文章来源
Ecker, C., Ecker, F., & Grumiller, D. (2026). 大d爱因斯坦-克莱因戈登方程的解析离散自相似解（Analytic Discrete Self-Similar solutions of Einstein-Klein-Gordon at Large d）。Physical Review Letters, 136(19), 191401. https://doi.org/10.1103/qgl5-5l3t
https://www.livescience.com/space/black-holes/crystals-of-space-time-could-be-the-origins-of-certain-rare-black-holes-theoretical-study-hints

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