黑洞本不應該有回聲,但這一個不同 史蒂芬霍金或贏得一局?

2020-12-03 天文在線

照理說,黑洞不應該產生回聲,但是這個黑洞(照片中)可能會:是不是應該給史蒂芬·霍金加一分呢?

這不是黑洞一般的表現方式

黑洞是被平滑的(黑洞)表面所環繞的有無限大密度的物體。

當兩顆中子星在宇宙深處相撞時,它們會在宇宙中產生強大的震動—這也就是科學家們2017年在地球上探測到的引力波。如今,當兩位物理學家對這些引力波記錄進行了一番詳察和篩選後,他們認為他們發現了一個違背了阿爾伯特·愛因斯坦廣義相對論中有效模型的黑洞存在的證據。

在廣義相對論中,黑洞是比較簡單、簡明易懂的物體:一個被任何光、能量、物質都無法逃逸的光滑表面所包圍的無限壓縮的奇點,或者說是物質點。直到現在,我們從黑洞中收集的每一個數據都基本證實了這一模型。

但是在20世紀70年代,史蒂芬·霍金撰寫了一系列論文,並提出黑洞的邊界可能並不是大家之前所想的那麼「光滑」。恰恰相反,由於與量子力學相關的一系列使得「霍金輻射」逃逸的效應,黑洞的邊界其實是「模糊」的。在那之後的幾年中,出現了許多可代替原來模型的黑洞模型。這些新的模型都用更輕薄、模糊的「膜片」取代之前」完美平滑的黑洞表面「學說。最近,有物理學家預測,在新成型的黑洞附近,這類「模糊」會很多、很強烈以至於它甚至可以反射引力波,並在黑洞形成的聲音信號中產生回聲。現在,在中子星碰撞之後,兩位物理學家認為他們已經找到了這種回聲。他們認為,在中子星合併時形成的黑洞正在像一個鍾一樣發出迴響,同時這一現象推翻了之前的」簡易黑洞「物理學。

研究的聯合作者是加拿大滑鐵盧大學的物理學家Niayesh Afshordi,他認為:如果回聲真的存在,那它一定來自黑洞量子絨毛。

Afshordi在生命科學中提到:在愛因斯坦的相對論中,物質可以在很遠的距離內繞著黑洞旋轉,但應該會落入靠近視界的黑洞中。所以,接近黑洞的地方不應該有任何的鬆散的物質來反射重力波。即使黑洞被磁碟的材料包圍,它也應該有一個空白地帶環繞在視界周圍。

Afshordi 說:「如果一些量子結構是位於自己的視界之外,那麼我們預期的(也是實際觀察到的)時間回聲延遲就可以被解釋了」。這個與平常深入人心的廣義相對論預測的結果不同。

這也就意味著現有重力波檢測儀器獲取的數據是嘈雜的,難以準確的解釋,容易出現誤報。黑洞周圍的量子絨毛相呼應的重力波將會是一個全新的探測。但是,Afshordi說合併之後不久,這絨毛就會變得很緊張,緊張到一定的程度就可以很強烈的反射重力波,以致探測設備可見。

賓夕法尼亞州維拉諾瓦大學的天體物理學家喬伊·尼爾森(Joey Neilsen)並未參與撰寫本文,他說結果令人信服,尤其因為回聲在多個重力波探測器中出現了。

「那比遍歷數據尋找一種特定信號並在當您找到它時說'啊哈!'更具說服力。」尼爾森告訴天文在線。

他說,儘管如此,在他完全確信回聲真實之前,他需要查看更多信息。尼爾森說,該論文沒有考慮到在報告的回聲後約30秒內收集到的其他引力波檢測結果。

他說:「由於重要性計算對如何選擇和選擇數據非常敏感,因此我想在得出任何肯定的結論之前更全面地了解所有特徵。」

麻省理工學院的天體物理學家馬克西米利亞諾·伊西(Maximiliano Isi)對此表示懷疑。

他告訴天文在線說:「這並不是第一個來自這個組織的這種性質的主張。不幸的是,其他團體一直未能重現其結果,並非因為缺乏嘗試。」

Isi指出了一系列未能在同一數據中找到回聲的論文,其中一篇發表於6月,他將其描述為「一種更為複雜的,統計上更可靠的分析」。

Afshordi表示,「他的一篇最新論文結果通過更加強大的模型和之前的論文相比在探測微弱回聲方面有著更高的精度優勢。」他繼續說,」我們的研究發現來自於我所參與過的大量搜索工作,具有強有力的統計意義。因為它只有十萬分之二的錯誤概率。」

「儘管探測到的回聲是真實的,但科學家們還是沒能準確地弄明白究竟是那種奇異的天體物理對象產生了這樣的現象。」 Neilse補充道。

「我們的發現如此有趣就在於我們不清楚在最初的並和之後留下了什麼。是迅速形成了黑洞?抑或是存在著一些奇怪的短暫存在的中間物體? 「Neilse說。」現在的結果很容易來判斷是否這些殘餘部分就是特大質量的中子星在瞬間坍塌留下的,但是這些被發現到的回聲並不能讓我確信這其中實際發生了什麼。」

「這些在數據中的回聲存在著極大的價值」,Isi說道,」他只是不相信罷了。」

「不管所有這些數據最終會證明什麼,」Neilson說,」十分清楚的一點是,這樣的結果指明了值得我們深度探索的東西。「

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3.Rafi Letzter-Max Caulfield,芊默,你瞅啥,單身狗

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