天文學(xué)家和物理學(xué)家一直認(rèn)為奇點的觀點是錯誤的

黑洞是宇宙中最神秘的東西之一。它們的時空結(jié)構(gòu)扭曲到光線無法逃逸。根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論，黑洞中心有一個奇點，許多恒星的質(zhì)量被擠壓到一個體積接近于零的地方。然而，12月10日發(fā)表在《物理評論快報》(物理評論快報)和《物理評論D》(物理評論D)上的兩篇論文，可能會讓科學(xué)家重新思考我們對黑洞的認(rèn)知。研究人員在論文中指出，黑洞可能不會永遠(yuǎn)存在，我們對其性質(zhì)和中心的猜測可能完全錯誤。

愛因斯坦物理學(xué)的邊界

長期以來，天文學(xué)家和物理學(xué)家一直認(rèn)為奇點的觀點是錯誤的。如果一個物體有質(zhì)量但沒有被提及，那么它有無限的密度。此外，盡管研究人員有時會提到無限這個詞，但自然界中并不存在類似的無限。相反，當(dāng)你在實際物理問題中遇到“無窮大”或“無窮大”時，真正的意思是你已經(jīng)把數(shù)學(xué)方法推出了它們的應(yīng)用領(lǐng)域。你需要新的數(shù)學(xué)。

這樣的例子并不少見。牛頓引力定律指出，引力與質(zhì)量的乘積成正比，與距離的平方成反比。因此，如果你拿著一個球遠(yuǎn)離地球，它會“感覺”到一定的重量；然后，當(dāng)你把球靠近地球時，重量會逐漸增加。把萬有引力定律方程推到極限，就是當(dāng)你把球無限靠近地心的時候，理論上它會受到無限的引力。然而，事實并非如此。

當(dāng)你把一個物體靠近地球表面時，牛頓引力定律不再適用。你必須考慮地球質(zhì)量的實際分布，這意味著你需要使用更復(fù)雜的方程來預(yù)測不同的結(jié)果。同樣，當(dāng)愛因斯坦的廣義相對論預(yù)言黑洞中心存在密度無限大的奇點時，不可能是這樣。在很小的范圍內(nèi)，科學(xué)家需要引入一種新的引力理論，這種理論被稱為“量子引力”。

簡單來說，量子引力的意思是“最小尺度上的引力”，但這個術(shù)語并不代表某個特定的理論。然而，科學(xué)家們提出了一些具體的理論建議來描述微觀宇宙中的引力效應(yīng)。其中一個建議叫做“環(huán)圈量子引力”。

圓量子引力在數(shù)學(xué)上已經(jīng)有了明確的定義。它將時空結(jié)構(gòu)描述為隨時間演化的自旋網(wǎng)絡(luò)晶格。自旋網(wǎng)絡(luò)只是描述粒子和場如何相互作用的數(shù)學(xué)公式。從更實際的角度來看，圓量子引力理論預(yù)言時空是量子化的，可能存在最小的時間或空間單位，使得時空結(jié)構(gòu)無法細(xì)分。

奇點還是白洞？

量子引力理論是一個困難的數(shù)學(xué)理論，它阻止研究人員對黑洞內(nèi)部做出可測試的預(yù)測。然而，賓夕法尼亞州立大學(xué)的Abhay Ashtekar和Ha Weier Olmedo以及路易斯安那州立大學(xué)的Parampreet Singh將圓形量子引力理論應(yīng)用于黑洞的中心。他們聲稱結(jié)果表明不存在奇點。

他們的計算預(yù)測時空在黑洞中心附近強烈彎曲；因此，未來時空將進(jìn)入一個具有“白洞”結(jié)構(gòu)的區(qū)域。所謂的“白洞”就像一個反向黑洞。它不會像黑洞一樣吞噬物質(zhì)，而是把它拋出去。

也許我們可以用另一種方式想象他們的預(yù)測結(jié)果。眾所周知，在強引力場中，時間會變慢；黑洞擁有宇宙中最強大的引力場。因此，我們可以這樣解釋這項新研究，即物質(zhì)進(jìn)入黑洞后被“反彈”，其質(zhì)量被拋入宇宙。因為黑洞中心附近的時間太慢，這個“反彈”過程需要很多時間。如果研究人員是對的，那么在遙遠(yuǎn)的未來，科學(xué)家們也許能夠發(fā)現(xiàn)，黑洞今天所處的位置，物質(zhì)將繼續(xù)涌出，并遍布整個宇宙。

當(dāng)然，在理論科學(xué)中，研究者們提出了太多有趣且引人注目的觀點，但后來都被事實所否定。這份新工作可能也是如此。重要的是我們能否為這樣的理論觀點找到實驗支持。

可能性仍然存在，盡管很少?？茖W(xué)家們在太空中觀察到了一些非常高能的現(xiàn)象，但他們還沒有完全解釋清楚。一種現(xiàn)象是高能宇宙射線撞擊地球大氣層，另一種現(xiàn)象是所謂的“快速射電爆發(fā)”?？焖偕潆姳┮彩且环N高能天體物理現(xiàn)象，是指在遙遠(yuǎn)的宇宙中突然出現(xiàn)的一種短而猛烈的無線電波暴，持續(xù)時間極短。至少在原理上，這兩種現(xiàn)象可能是黑洞變成白洞的標(biāo)志。

顯然現(xiàn)在接受這個有趣的新觀點還為時過早。相反，謹(jǐn)慎的做法是看應(yīng)用圈量子引力的計算是如何進(jìn)行的。如果預(yù)測結(jié)果得到改進(jìn)，開始更適合一些無法解釋的天文現(xiàn)象，那么新的結(jié)果不僅可以解釋量子引力原理，還可以重塑我們對宇宙過去和未來的認(rèn)識。

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