黑洞核心的密度也許並不是無限大的

作者：Charles Q. Choi

來源：AIP SCIENCE

發布日期：2013年6月4日

它們或是通向未來的橋樑。

Artist"s concept of a supermassive black hole

NASA/JPL-Caltech

理論物理學家說，黑洞的核心可能不是當前所認為的那樣密度無限大，而是通向宇宙其他地方的門戶。

黑洞擁有強大的引力場，甚至連光線都不能逃脫黑洞的引力。恆星在超新星爆照（泰坦尼克號爆炸）中，剩餘核心會被壓碎成緻密的團塊，此時通常會形成黑洞。

根據廣義相對論以及現代引力理論，一個被稱為奇點，密度無限大的區域像一個謎一樣存在於每個黑洞的中心。奇點的無限性意味著我們所知道的空間和時間在那裡不復存在。

長期以來科學家一直致力於尋求各種方法來避免奇點帶來的所有已知物理學理論的完全崩塌。目前，研究人員認為，黑洞的中心或許根本不存在奇點。

這些新的發現是基於環圈量子引力，環圈量子引力是力求將量子力學與廣義相對論有機統一，可以解釋宇宙所有力量的領先理論之一。 在環圈量子引力中，四維時空由交互循環的網路構成 – 該網路為引力波。

研究人員將環圈量子引力應用於最簡單的黑洞模型，那是一種被稱為施瓦茨黑洞的球形、不帶電的非旋轉體。

路易斯安那州立大學巴吞魯日分校的理論物理學家Jorge Pullin說：「幾年來，我們一直在研究球體模型的各個方面。」 「我們喜歡這些模型，因為他們目前處於環圈量子引力一切可能性的前沿，比過去十年研究的宇宙學複雜的多，但並沒有複雜到棘手的程度。當我們意識到可以對模型方程進行重要簡化的時候，就是開心的時刻。

他們發現這個黑洞的中心只是一個高度彎曲的時空區域，而不是奇點。

未參加該項研究的，來自法國馬賽艾克斯-馬賽大學的理論物理學家Carlo Rovelli說：「這是對使用量子引力解釋黑洞中所發生現象的清醒認識。 「長期以來，黑洞中心存在奇點的想法被量子引力所固化，這就是本研究得出的結論。」

理論物理學家曾經表示，藉助環圈量子引力，它們可以否定以前研究提出的大爆炸存在奇點的假說。他們不是從無限密度的一點出發，而是提出宇宙是在「大反彈」中誕生，在之前宇宙瓦解的基礎上向外擴張而產生的。

「未來也許所有的奇點假說都能被該理論所否定，」 Pullin說。

Pullin說，正如環圈量子引力在大爆炸中作為通向另一個宇宙的橋樑取代了奇點一樣，這些新發現作為「通向宇宙未來另一個地區的橋樑」將取代黑洞中的每個奇點。雖然以前的研究也表明黑洞藏有這樣的橋樑，但研究人員認為黑洞中的奇點假說阻止了跨越這些橋樑的路。

Rovelli說：「我認為這表明環圈量子引力非常重要，令人振奮，並且該理論將繼續產生令人興奮的新結果和新想法。」

Pullin強調，他們在這項研究中使用了一個非常簡單的模型，只包含高度彎曲的時空，而不能反應真正黑洞中發生的實際情況。用於研究的模型也是精確球形對稱的，不同於許多旋轉的黑洞，故二者表面上有所不同。最後，在他們的模型中，黑洞將永遠存在。實際上，黑洞通常在恆星爆炸瓦解後形成，如果它不再吞噬物質或能量，終有一天會消失不見。

Pullin說：「我們下一步是添加物質，研究黑洞的演變。」

Pullin和他的同事Rodolfo Gambini 將研究結果發表於5月23日的「物理評論快報」（Physical Review Letters）網路版，詳細闡述了他們的發現。

文章來源： 美國物理聯合會（AIP/American Institut ofPhysics）--InsideScience專欄 張錚錚供稿

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