弦理論能解釋黑洞奇點處的物理現象嗎?

2020-12-25 天文在線

事實上,弦理論的一個主要名聲是他們對黑洞的更合理的處理。主要是通過消除奇點。

這裡最大的建議是,事件視界內的整個區域都充滿了他們所稱的「模糊球」——退化(塌陷)物質的最終狀態,它不能再塌陷下去。沒有奇點。

閱讀百科上的模糊球概念,或者這篇關於模糊球「解決」信息悖論和其他臭名昭著的黑洞問題的簡單文章。

模糊球有多密?它的中心可能接近「普朗克密度」(基本上是QM中的「最大」密度),但它的密度仍然比奇點小得多。

模糊球思想避開了「信息悖論」和其他黑洞問題/怪誕,如無限密度、時間倒流、黑洞「在我們的宇宙之外」、空間維度變成時間維度等。模糊球只是漂浮在空間中的一團超緻密物質,碰巧也有幾乎任何東西都不能逃脫的引力。模糊球沒有「真實」的事件視界,也不需要處理信息丟失或無限時間膨脹的問題(困擾其他理論的問題)。

圖示:黑洞

免責聲明:弦理論完全是理論上的;目前還沒有確鑿的證據來證明或反駁它。

對奇點的拋棄:

黑洞中心的「奇點」(體積為零、密度為無窮大的物體)這一古老概念在科學記者和科幻節目中仍然很流行,但大多數物理學家從未認真對待過。這個想法甚至被愛因斯坦自己(這個想法來自他的理論)拒絕了。奇點通常被視為理論中預測它們的錯誤:理論做出無意義預測(例如無限值)的點,並且通常自相矛盾。即使是這些理論的創造者也將奇點視為理論中的錯誤,而不是實際的科學主張。

最著名的奇點是來自愛因斯坦廣義相對論的黑洞奇點。但是愛因斯坦自己拒絕承認這種奇點是他自己理論中的一個錯誤。

奇點的出現並不是因為物質不能任意集中。這是一個事實,否則,構成的粒子將達到光速。

所以這個奇點代表了廣義相對論自相矛盾的一點,愛因斯坦警告我們不要在那裡使用GR。「物理定律在奇點處崩潰」這句話來源於廣義相對論的自相矛盾之處。(請注意,這裡唯一會崩潰的是我們的理論,而不是實際運行宇宙的定律。)弦理論是唯一一個甚至有可能猜測黑洞內部的真實情況主要理論,(例如「模糊球」)。

量子力學(廣義相對論的主要「競爭對手」和弦理論之父)也反對奇點。來自黑洞-維基百科:

廣義相對論中奇點的出現通常被認為是理論崩潰的信號。然而,這種崩潰是可以預測的;它發生在量子效應應該描述這些作用的情況下,因為密度極高,因此粒子相互作用。迄今為止,還沒有可能將量子和引力效應結合到一個單一的理論中,儘管存在試圖制定這樣一個量子引力理論的嘗試。一般認為這樣的理論不會出現任何奇異點。

從墮落的物質-百科:

……沒有量子力學的廣義相對論模型,所有的物質都在事件視界的中心以無限密集的奇點結尾。量子力學的一個普遍結果是,任何物體都不能被限制在小於其自身波長的空間中,使得這種奇點成為不可能,但我們沒有一個將廣義相對論和量子力學充分結合起來的理論來告訴我們黑洞內部的結構可能是什麼。

如果有任何弦理論專家能回答這個問題,我會很感興趣的。我不是一個真正的弦理論家,但我試著在某種程度上了解弦。

首先,據我所知,弦理論學家們試圖建立至少一些關於黑洞的模型,特別是霍金輻射和熵,但卻無法建立物理模型(如現實中的3+1維和施瓦西)黑洞——當他們聲稱獲得了關於「黑洞」的「結果」時,實際上他們已經得到了關於更高維度物體或最多所謂「極端」黑洞的結果,然後希望或假裝這些結果以某種方式傳遞他們無法解決的3+1維黑洞的有關信息。此外,所有這些研究都遠離奇點,因此不會影響你的問題。

第二,直覺上,人們可能希望弦可以改善施瓦西黑洞內奇點的情況。怎麼「改善」?好吧,它也許可以「平滑」出來,所以它不再是一個點奇點,而是一個大小相當於1普朗克長度的物體。或者:它可能仍然是一個奇點,但不是那麼嚴格的奇點。在這兩種情況下,我都想用數學來描述我們所說的到底是怎麼一回事。

注意,在這兩個選項中有很多選項。例如,可以想像的是,黑洞的內部收縮為一個奇點,但在普朗克尺度下,然後「再次膨脹」,形成一個擁有自己的「大爆炸」的「新宇宙」,這一切都可能是沒有奇點的。這一切都是一個美好的幻想,目前幾乎沒有任何支持……我只是說,如果弦真的廢除了施瓦西中心奇點,這是許多可能的方法之一。

圖示:猜想的可能奇點狀態

看到這一切被解決應該是很有趣的。但我沒有看到,我不知道有誰會看到這一結果。我仍然希望看到為實現這一目標所作的努力。

註:一個普朗克長度:10個太陽質量,如果壓縮到普朗克密度,將形成一個半徑約為10^-22米的歐幾裡德球,也就是歐洲核子研究中心的大型強子對撞機「可見」的最小物體的大小。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3.西伯利亞注視著星空的小狼狗-quora

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