天文學(xué)家和物理學(xué)家一直認(rèn)為奇點(diǎn)的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的

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

愛因斯坦物理學(xué)的邊界

長(zhǎng)期以來(lái)，天文學(xué)家和物理學(xué)家一直認(rèn)為奇點(diǎn)的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。如果一個(gè)物體有質(zhì)量但沒有被提及，那么它有無(wú)限的密度。此外，盡管研究人員有時(shí)會(huì)提到無(wú)限這個(gè)詞，但自然界中并不存在類似的無(wú)限。相反，當(dāng)你在實(shí)際物理問題中遇到“無(wú)窮大”或“無(wú)窮大”時(shí)，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(gè)球遠(yuǎn)離地球，它會(huì)“感覺”到一定的重量；然后，當(dāng)你把球靠近地球時(shí)，重量會(huì)逐漸增加。把萬(wàn)有引力定律方程推到極限，就是當(dāng)你把球無(wú)限靠近地心的時(shí)候，理論上它會(huì)受到無(wú)限的引力。然而，事實(shí)并非如此。

當(dāng)你把一個(gè)物體靠近地球表面時(shí)，牛頓引力定律不再適用。你必須考慮地球質(zhì)量的實(shí)際分布，這意味著你需要使用更復(fù)雜的方程來(lái)預(yù)測(cè)不同的結(jié)果。同樣，當(dāng)愛因斯坦的廣義相對(duì)論預(yù)言黑洞中心存在密度無(wú)限大的奇點(diǎn)時(shí)，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(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，量子引力的意思是“最小尺度上的引力”，但這個(gè)術(shù)語(yǔ)并不代表某個(gè)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(lái)描述微觀宇宙中的引力效應(yīng)。其中一個(gè)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(shí)空結(jié)構(gòu)描述為隨時(shí)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(chǎng)如何相互作用的數(shù)學(xué)公式。從更實(shí)際的角度來(lái)看，圓量子引力理論預(yù)言時(shí)空是量子化的，可能存在最小的時(shí)間或空間單位，使得時(shí)空結(jié)構(gòu)無(wú)法細(xì)分。

奇點(diǎn)還是白洞？

量子引力理論是一個(gè)困難的數(shù)學(xué)理論，它阻止研究人員對(duì)黑洞內(nèi)部做出可測(cè)試的預(yù)測(cè)。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(diǎn)。

他們的計(jì)算預(yù)測(cè)時(shí)空在黑洞中心附近強(qiáng)烈彎曲；因此，未來(lái)時(shí)空將進(jìn)入一個(gè)具有“白洞”結(jié)構(gòu)的區(qū)域。所謂的“白洞”就像一個(gè)反向黑洞。它不會(huì)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(cè)結(jié)果。眾所周知，在強(qiáng)引力場(chǎng)中，時(shí)間會(huì)變慢；黑洞擁有宇宙中最強(qiáng)大的引力場(chǎng)。因此，我們可以這樣解釋這項(xiàng)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?yàn)楹诙粗行母浇臅r(shí)間太慢，這個(gè)“反彈”過(guò)程需要很多時(shí)間。如果研究人員是對(duì)的，那么在遙遠(yuǎn)的未來(lái)，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(gè)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(diǎn)，但后來(lái)都被事實(shí)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(diǎn)找到實(shí)驗(yàn)支持。

可能性仍然存在，盡管很少?？茖W(xué)家們?cè)谔罩杏^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(wú)線電波暴，持續(xù)時(shí)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(gè)有趣的新觀點(diǎn)還為時(shí)過(guò)早。相反，謹(jǐn)慎的做法是看應(yīng)用圈量子引力的計(jì)算是如何進(jìn)行的。如果預(yù)測(cè)結(jié)果得到改進(jìn)，開始更適合一些無(wú)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(duì)宇宙過(guò)去和未來(lái)的認(rèn)識(shí)。

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