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关于黑洞:爱因斯坦广义相对论这回或错了,对的是霍金

2020-03-15 09:52:48 凤凰科技 霜叶 编辑:玉米 浏览数:44集趣网

北京时间2月3日消息,当两颗中子星在遥远的太空相撞时,它们会强有力地“搅动”宇宙——这就是2017年科学家探测到的引力波。Space网站刊文称,通过对探测引力波的数据进行认真研究,两名物理学家认为,他们发现可能存在一种新...

北京时间2月3日消息,当两颗中子星在遥远的太空相撞时,它们会强有力地“搅动”宇宙——这就是2017年科学家探测到的引力波。Space网站刊文称,通过对探测引力波的数据进行认真研究,两名物理学家认为,他们发现可能存在一种新型黑洞的证据:不符合根据爱因斯坦广义相对论推导出的光滑的黑洞模型。

▲可能存在一种黑洞,违背爱因斯坦的广义相对论,但符合霍金的黑洞理论

在广义相对论中,黑洞是一种简单的天体:被无限压缩的奇点,四周是光滑的事件视界,光线、能量或物质都无法穿过事件视界而逃出黑洞的“魔爪”。在此之前,我们收集的所有有关黑洞的数据,都支持广义相对论黑洞模型。

但在20世纪70年代,霍金发表的一系列论文表明,事件视界没有那么光滑。相反,与量子力学相关的一系列作用,使得事件视界是不光滑的,使得“霍金辐射”得以从黑洞逃逸。此后数年,科学家提出了诸多其他的黑洞模型也应运而生,在这些黑洞模型中,光滑、完美的事件视界被不光滑的事件视界所取代。

物理学家最近预测,新形成黑洞事件视界不光滑的情况尤其严重——大到足以反射引力波的水平,在黑洞形成信号中产生了引力波回波信号。在中子星碰撞发生后,两位物理学家认为,他们已经找到了这种类型的引力波信号。

加拿大滑铁卢大学物理学家、论文共同作者尼义什·阿夫肖迪(Niayesh Afshordi)表示,如果引力波回波信号是真实存在的,它一定是由量子黑洞不光滑的事件视界产生的。

阿夫肖迪向Live Science表示,“根据爱因斯坦的相对论,物质可以在很远的距离上围绕黑洞运行,但在事件视界附近的物质会掉入黑洞。”

根据爱因斯坦广义相对论,黑洞的事件视界应当是光滑的

他说,因此,在靠近黑洞的空间,不应该有任何物质能反射引力波。即使是周围存在物质盘的黑洞,事件视界附近的空间也应当空空如也。

阿夫肖迪称,“只有事件视界外部存在一些量子结构的观点,能解释我们预计(和观察到)的时延。”

这背离了根据广义相对论预测的黑洞模型。

现有引力波探测器生成的数据存在噪音,难以正确解读,容易出现误报。由黑洞周围的量子模糊产生的引力波回波,应当是一种全新的探测活动。但阿夫肖迪表示,在两颗中子星相撞后很短时间内,形成的事件视界足够不光滑,产生的引力波回波足够强,足以被现有的探测器探测到。

没有参与这项研究的维拉诺瓦大学天体物理学家乔伊·尼尔森(Joey Neilsen)表示,阿夫肖迪团队的研究结果是令人信服的——特别是不止一个引力波探测器探测到了引力波回波信号。

尼尔森向Live Science表示,“这比在数据中寻找一种特定类型信号更有说服力。”

不过他也表示,他需要看到更多信息,才能绝对相信引力波回波是真实存在的,“在得出确凿的结论前,我希望了解所有数据”。

麻省理工学院天体物理学家马克西米利亚诺·伊西(Maximiliano Isi)对此持怀疑态度。

他向Live Science表示,“这不是该研究团队第一次提出这一观点。令人遗憾的是,其他研究团队无法重现他们的结果。”

伊西提到一系列论文,称相关研究团队在相同的数据中均没有发现引力波回波信号,其中6月份发表的一篇论文采用“更精细和更强大的分析技术”。

阿夫肖迪表示,他的研究的优势是更灵敏,更可靠的模型能够探测到更微弱信号,“我们的发现......从统计学上来说在12次中是最有意义的,误报的概率约为十万分之二”。

尼尔森称,即使引力波回波信号是真实存在的,科学家们仍然无法精确地了解产生这种现象的天体。

他说,“这项研究的有趣之处在于:对于两颗中子星碰撞后的结果我们一无所知:会立即形成一个黑洞?还是会形成一些短命的中间天体?”

伊西表示,数据中可能存在引力波回波信号,这将非常重要。他对此还不是十分确信。

尼尔森指出,不论数据如何处理,很显然的是,阿夫肖迪团队的研究对象,都值得进一步探索,“在天体物理学领域,这是一片尚未开垦的处女地,是令人激动的”。

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