物理學家長期以來一直認為宇宙在任何方向上都是幾乎相同的，現在他們找到了一種檢驗該假設的新方法：通過檢查黑洞的陰影。
如果那個陰影比現有物理學理論所預測的要小，它可以幫助證明一個遙遠的概念，即大黃蜂引力，它描述了如果宇宙看似完美的對稱性畢竟不那麼完美會發生什麼。
如果科學家能夠找到一個陰影如此小的黑洞，那將為人們對引力的全新理解打開一扇大門，也許可以解釋為什麼宇宙膨脹得越來越快。
但是，要了解這種大黃蜂想法是如何產生的，讓我們深入研究一些基本物理學。
照鏡子
物理學家喜歡對稱; 畢竟，它幫助我們了解了宇宙中最深層的秘密。例如，物理學家已經意識到，如果您在基礎物理學上進行實驗，則可以將測試設備移動到其他地方，並且會再次獲得相同的結果（也就是說，如果所有其他因素，例如溫度和重力強度，保持不變）。
換句話說，無論您在太空中的何處進行實驗，都將獲得相同的結果。通過數學邏輯，這直接導致了動量守恆定律。
另一個示例：如果您運行實驗並稍等片刻然後再次運行，您將獲得相同的結果（同樣，其他所有條件都相同）。這種時間上的對稱性直接導致了能量守恆定律-能量永遠不會被創造或破壞。
還有另一個重要的對稱性構成了現代物理學的基礎。為了紀念物理學家亨德裡克·洛倫茲（Hendrik Lorentz）在1900年代初就弄清楚了這一切，他將其稱為「洛倫茲」對稱。事實證明，您可以進行實驗並進行實驗，（在其他所有條件相同的情況下）您將獲得相同的結果。您也可以將實驗提高到固定的速度，但仍可獲得相同的結果。
換句話說，所有其他條件都相同-是的，我經常重複一遍，因為這很重要-如果您在完全靜止的狀態下進行實驗，並且以光速的一半進行相同的實驗，您將獲得同樣的結果。
這是洛倫茲揭示的對稱性：無論位置，時間，方向和速度如何，物理定律都是相同的。
我們從這種基本對稱中得到什麼？好吧，對於初學者來說，我們得到了愛因斯坦的整個狹義相對論，該理論提出了恆定的光速，並解釋了以不同速度行進的物體如何將空間和時間聯繫在一起。
大黃蜂重力
狹義相對論對物理學是如此重要，以至於它幾乎是物理學的一種元論：如果您想炮製自己對宇宙如何運作的看法，那麼它就必須與狹義相對論兼容。
或不。
物理學家們一直在努力製造新的和改良的物理學理論，因為諸如廣義相對論這樣的古老理論無法解釋宇宙中的一切，例如發生了什麼，廣義相對論描述了物質如何使時空扭曲，而標準模型則無法解釋宇宙中的一切。在黑洞的中心。尋找新物理學的一個非常多汁的地方是，看看是否有任何珍貴的概念在極端條件下可能不那麼精確-像洛倫茲對稱性這樣的珍貴概念。
一些引力模型認為，宇宙畢竟不是完全對稱的。這些模型預測，宇宙中會存在額外的成分，迫使其一直不完全遵守洛倫茲對稱性。換句話說，在宇宙中會有一個特殊的或特權的方向。
這些新模型描述了一個被稱為「大黃蜂重力」的假設。它的名字來源於科學家曾經聲稱大黃蜂不應該飛行的設想，因為我們不了解它們的翅膀是如何產生升力的。（順便說一句，科學家們從來沒有真正相信過。）我們並沒有完全理解這些引力模型是如何工作的，以及它們如何與我們所看到的宇宙兼容，然而，它們在那裡，卻像面對地球一樣盯著我們新物理的可行選擇。
大黃蜂引力模型最強大的用途之一是潛在地解釋暗能量，這種現象是觀察到的宇宙加速膨脹的原因。事實證明，我們的宇宙違反洛倫茲對稱性的程度可以與產生加速膨脹的效應聯繫在一起。而且由於我們不知道是什麼在製造暗能量，因此這種可能性確實非常吸引人。
黑影
因此，您有一個基於一些相對稱對稱之類的標誌性想法的引力理論。您將在哪裡驗證該想法？您將到達重力被拉伸到絕對極限的地方：一個黑洞。在這項尚未進行同行評審並於2020年11月在線發布到預印本資料庫arXiv的新研究中，研究人員正是這樣做的，著眼於被建模為儘可能逼真的假設宇宙中黑洞的陰影。
（還記得一年前由事件地平線望遠鏡製作的黑洞M87的第一張照片嗎？亮環中心那令人難以忘懷的美麗黑洞實際上是黑洞的「陰影」，被該區域吸所有來自背後和周圍的光。）
為了使模型儘可能逼真，研究小組在宇宙膨脹的背景下放了一個黑洞（正好像我們觀察到的那樣），並調整了對稱性違反的程度，以匹配科學家的暗能量行為。測量。
他們發現，在這種情況下，黑洞的陰影看上去比在「正常重力」世界中的陰影小10％，從而提供了一種測試大黃蜂重力的清晰方法。儘管當前黑洞M87的圖像太模糊，無法分辨出差異，但人們正在努力拍攝更多黑洞的更好照片，從而探究了宇宙中一些最深奧的謎團。