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關於黑洞:愛因斯坦廣義相對論這回或錯了 對的是霍金



當兩顆中子星在遙遠的太空相撞時,它們會強有力地“攪動”宇宙——這就是2017年科學家探測到的引力波。 Space網站刊文稱,通過對探測引力波的數據進行認真研究,兩名物理學家認為,他們發現可能存在一種新型黑洞的證據:不符合根據愛因斯坦廣義相對論推導出的光滑的黑洞模型。

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可能存在一種黑洞,違背愛因斯坦的廣義相對論,但符合霍金的黑洞理論

在廣義相對論中,黑洞是一種簡單的天體:被無限壓縮的奇點,四周是光滑的事件視界,光線、能量或物質都無法穿過事件視界而逃出黑洞的“魔爪”。在此之前,我們收集的所有有關黑洞的數據,都支持廣義相對論黑洞模型。

但在20世紀70年代,霍金發表的一系列論文表明,事件視界沒有那麼光滑。相反,與量子力學相關的一系列作用,使得事件視界是不光滑的,使得“霍金輻射”得以從黑洞逃逸。此後數年,科學家提出了諸多其他的黑洞模型也應運而生,在這些黑洞模型中,光滑、完美的事件視界被不光滑的事件視界所取代。

物理學家最近預測,新形成黑洞事件視界不光滑的情況尤其嚴重——大到足以反射引力波的水平,在黑洞形成信號中產生了引力波回波信號。在中子星碰撞發生後,兩位物理學家認為,他們已經找到了這種類型的引力波信號。

加拿大滑鐵盧大學物理學家、論文共同作者尼義什·阿夫肖迪(Niayesh Afshordi)表示,如果引力波回波信號是真實存在的,它一定是由量子黑洞不光滑的事件視界產生的。

阿夫肖迪向Live Science表示,“根據愛因斯坦的相對論,物質可以在很遠的距離上圍繞黑洞運行,但在事件視界附近的物質會掉入黑洞。”

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根據愛因斯坦廣義相對論,黑洞的事件視界應當是光滑的

他說,因此,在靠近黑洞的空間,不應該有任何物質能反射引力波。即使是周圍存在物質盤的黑洞,事件視界附近的空間也應當空空如一。

阿夫肖迪稱,“只有事件視界外部存在一些量子結構的觀點,能解釋我們預計(和觀察到)的時延。”

這背離了根據廣義相對論預測的黑洞模型。

現有引力波探測器生成的數據存在噪音,難以正確解讀,容易出現誤報。由黑洞周圍的量子模糊產生的引力波回波,應當是一種全新的探測活動。但阿夫肖迪表示,在兩顆中子星相撞後很短時間內,形成的事件視界足夠不光滑,產生的引力波回波足夠強,足以被現有的探測器探測到。

沒有參與這項研究的維拉諾瓦大學天體物理學家喬伊·尼爾森(Joey Neilsen)表示,阿夫肖迪團隊的研究結果是令人信服的——特別是不止一個引力波探測器探測到了引力波回波信號。

尼爾森向Live Science表示,“這比在數據中尋找一種特定類型信號更有說服力。”

不過他也表示,他需要看到更多信息,才能絕對相信引力波回波是真實存在的,“在得出確鑿的結論前,我希望了解所有數據”。

麻省理工學院天體物理學家馬克西米利亞諾·伊西(Maximiliano Isi)對此持懷疑態度。

他向Live Science表示,“這不是該研究團隊第一次提出這一觀點。令人遺憾的是,其他研究團隊無法重現他們的結果。”

伊西提到一系列論文,稱相關研究團隊在相同的數據中均沒有發現引力波回波信號,其中6月份發表的一篇論文采用“更精細和更強大的分析技術”。

阿夫肖迪表示,他的研究的優勢是更靈敏,更可靠的模型能夠探測到更微弱信號,“我們的發現……從統計學上來說在12次搜索中是最有意義的,誤報的概率約為十萬分之二”。

尼爾森稱,即使引力波回波信號是真實存在的,科學家們仍然無法精確地了解產生這種現象的天體。

他說,“這項研究的有趣之處在於:對於兩顆中子星碰撞後的結果我們一無所知:會立即形成一個黑洞?還是會形成一些短命的中間天體?”

伊西表示,數據中可能存在引力波回波信號,這將非常重要。他對此還不是十分確信。

尼爾森指出,不論數據如何處理,很顯然的是,阿夫肖迪團隊的研究對象,都值得進一步探索,“在天體物理學領域,這是一片尚未開墾的處女地,是令人激動的”。