黑洞中心的奇異性如何消除?量子引力可能顛覆認知

2020-12-27 騰訊網

當愛因斯坦發表廣義相對論的時候,正處於戰場的史瓦西得到了這個消息,他非常興奮,利用在醫院治療的時間得到了廣義相對論的一個解,這個解被稱為「史瓦西度規」。不過,史瓦西度規也引起了幾個麻煩,它在黑洞中心和事件視界處出現了奇異性。後來的研究表明,事件視界處的奇異性是因為坐標選擇不當造成的,通過適當的坐標變化可以消除此奇異性。但是,中心的奇異性卻怎麼也消除不掉,它已經是黑洞的內稟性質了。

黑洞中心的奇異之處在於,在這裡物質被壓縮到一個微小的點,它的密度是無限大的。在這裡,所有的時空觀念都會被粉碎。事實上,科學家表示這一點並不是時空了。到目前為止,我們還沒有真正解決這個問題。不過,已經有一些理論試圖打破黑洞中心的奇異性了。

普朗剋星

一種理論認為,在黑洞中心物質並沒有被壓縮到無限小,取而代之的是,物質可能處於最小的體積中。這就是普朗剋星的理論。

時空是連續的還是離散的,這是個很嚴肅的問題。量子引力的理論認為,時空是離散的,它是由一塊塊最小的時空組成。之所以我們感覺不到時空的離散性,那是因為它太小了,以至於我們在宏觀中的運動顯得平滑和連續。

時空最小的長度稱為普朗克長度,它的數值是1.68×10^-35米。這是非常小的尺度,以目前的科學技術水平,我們還檢測不到。當黑洞由於自身引力持續坍縮時,由於時空的離散性,中心位置最小只能達到普朗克長度,而不是無限小。

引力星

消除黑洞中心奇異性的第二種理論是引力星理論,它是量子引力的一種嘗試,但這種嘗試是未經過檢驗的。

我們知道,目前宇宙正在加速膨脹,這與科學家的理論預測相反。於是,科學家增加了一種稱為「暗能量」的東西,它是宇宙膨脹的推手。但是,到目前為止,我們並不知道暗能量到底是什麼東西。

引力星理論認為,黑洞中心充滿了暗能量,它會和黑洞自身的引力相互排斥。當黑洞繼續坍縮時,暗能量密度增大,排斥力也增大。達到一定程度的時候,黑洞中心就處於力平衡狀態,不會再繼續坍縮了。

旋轉的力量

前兩種理論雖然聽起來合理,但是它們的理論基礎都是未經檢驗的。根據廣義相對論,離心力也是一種時空產生的力。在黑洞中心,它可能旋轉得飛快,由此產生的離心力可能會抵抗住引力的坍縮。

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