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物理学家可能发现侦测裸奇异点的方法,比黑洞还要怪异

黑洞很怪异:密度极大的物体塞进这么小的空间,它们会造成时空扭曲,让物理定律分解成一个奇异点(singularity)。

幸运的是,宇宙保护着我们,不会捲入事件视界(event horizon)中的黑洞。但现在物理学家说,他们已发现一种方法,能侦测到更极端的事,裸奇异点(naked singularity),它更可能扭曲现行的物理定律。

艾薇aneesh Pandey对国际财经时报(IB Times)解释:“裸奇异点,如果这种东西真的存在,它会是现实构造中突然产生的孔洞,不仅会扭曲时空,不论它移到哪里,都会造成物理定律的大浩劫,还会导致可预知的惨重损失。”

如果你觉得这听起来太可怕,别担心,这整个研究只是纯理论,它建立在很大的假设之上:裸奇异点确实存在于宇宙中;但科学家一直无法确认此事。

但至少根据爱因斯坦的广义相对论、我们目前最佳的电脑模型,裸奇异点有可能存在。

那它们是什么?当巨大星体在寿命将尽时,塌缩成很小、密度很高的区域,奇异点就会成形。

有2种广义的物理定律支配着我们所理解的现实:量子力学(quantum mechanics)能解释所有小事,例如次原子粒子(subatomic particles)的作用;广义相对论则描述我们能看见的事,例如星体和星系。

将理论应用在奇异点时,这2种学说预测了不同、矛盾的结果。

我们不是真的得解决那个难题,因为我们所知的全部奇异点都在黑洞中,被事件视界包围着,连光都无法逃脱;或者它们位于新兴的宇宙,被我们看不到的辐射笼罩着。眼不见为净,对吧?

不过裸奇异点是理论型的奇异点,因为某种原因才会在宇宙的其他地方显现。

在下方,你会看到一个黑洞的图示,它被包围在左方的事件视界(虚线)中,而裸奇异点在右方的图示中。箭头代表光,它能逃脱裸奇异点,但无法逃脱黑洞。

假设裸奇异点真的存在,那最大的问题就是,我们如何能区别裸奇异点和一般的黑洞,这就是新研究要讨论的重点。

印度塔塔基础研究院(Tata Institute of Fundamental Research)的研究者,已想出2步骤计划,此计划是根据奇异点推论而成:就我们目前所知,奇异点是一个旋转的物体,就像黑洞一样。

根据爱因斯坦的广义相对论,在旋转物体附近的时空构造,会随着旋转而“扭曲”。这个后果会造成陀螺仪般的打转,使旋转物体四周的粒子轨道“按岁差前进”,或改变它们的旋转轴。

你看看下方陀螺仪的岁差,就能明白我们的意思,它的轴已不再挺直了。

根据此论点,研究者说,我们能想出旋转物的性质,方法是在接近该物体的2个定点,测量陀螺仪以岁差前进的速度(也就是它的岁差速率)。

根据新报告,结果有2种可能性:

1.陀螺仪的岁差速率在2定点间剧烈改变,显示未知的旋转物是一般的黑洞。

2.岁义速率以规律、有秩序的方式改变,指出裸奇异点。

显然,让陀螺仪离黑洞够近,以便做这些实验,一点也不容易。

但没关系,因为该团队已想出方法,能在地球上观测相同的结果,就是用X光的波长来测量掉进黑洞、裸奇异点的物质,它们的岁差速率。

该团队的新闻稿解说:“这是因为轨道平面的岁差速率,随着物质接近旋转黑洞而加快,但这速率在旋转的裸奇异点附近时,会减弱,甚至会消失。”

我们得再次重申,上述都是疯狂的推测,我们尚未找到任何裸奇异点,而且我们才刚始真正了解一般黑洞。

此外,值得一提的是,上周另一群研究者表示,即使裸奇异点存在,奇特的量子效应也会让我们看不到它们。

因此,目前关于我们是否有机会研究裸奇异点,大家绝对没有共识。

就目前而言,那也不是一件坏事,因为…我们真的准备好观测宇宙边界发生的事了吗?

也许终其一生,我们都没有答案。

此研究发表于物理评论D期刊(Physical Review D)。

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