奇怪的「引力分子」可以圍繞黑洞旋轉,它難道就是暗物質嗎?

黑洞周圍也許存在一種特殊的粒子

黑洞一直以來都是令科學家們著迷的天體，因為這顆看似無底深淵的天體隱藏了太多的秘密。近期，科研人員在對黑洞的研究報告中指出，一種特殊的粒子存在於一對黑洞周圍，就像電子存在於一對氫原子周圍一樣，仿佛具有「引力分子」一般。這種奇怪的粒子也許會為我們揭示暗物質的真實面目和時空的終極本質。

首先需要了解場的概念

要想了解黑洞「引力分子」的含義，我們首先需要了解現代物理學中「場」的概念，場是一個以時空為變量的物理量，場可以分為標量場、矢量場和張量場三種，依據場在時空中每一點的值是標量、矢量還是張量而定。本文中主要涉及到標量場，所以其他的就不在這裡贅述了。

標量場的定義

標量場的定義是：當研究物理系統中溫度、壓力、密度等在一定空間內的分布狀態時，數學上只需用一個代數量來描繪，這些代數量（即標量函數）所定出的場就稱為數量場，也稱標量場。舉個例子說明，比如你去某地旅行，你提前看了到達某地時間的天氣預報，你就可以根據天氣預報來決定你穿什麼樣的衣服，天氣預報給出的溫度數值就是標量場。它可以理解為是一種數學工具，應用在宇宙範圍內，標量場可以告訴你，如果從宇宙中的一個地方旅行到另一個地方，可能會發生什麼。

場的重要應用

在20世紀中期，物理學家們引用了「場」這個概念，他們發現，宇宙中的一切幾乎都是一個場。在量子力學剛出現的時候，由於粒子的不確定性，引發了科學界一片爭論，直到「場」的出現。以電子為例，在現代物理學中，我們把電子表示成一個場，一個數學對象，它告訴我們下次可能會在哪裡看到電子，這個場會對它周圍的世界產生反應，例如，由於原子核周圍的電子影響，使之改變到我們應該看到電子的地方，最終的結果是電子只能出現在原子核周圍的特定區域。

基本粒子和黑洞的相似性

在原子物理學中，你可以用三個屬性來描述基本粒子(比如電子):質量、自旋和電荷。在引力物理學中，你同樣可以用三個屬性來描述黑洞：質量，自旋和電子電荷。這難道是巧合嗎？目前還沒有定論，但我們可以利用這種相似性來更好地理解黑洞。你可以把一個原子描述成一個被電子場包圍的小原子核。該電子場對原子核的存在作出反應，並且只允許電子在特定區域出現，圍繞兩個原子核的電子也是如此，例如在氫(H2)等雙原子分子中。

像雙原子分子一樣描述黑洞

你也可以用類似的方式描述黑洞，試想一下，在一個類似於原子核的中心處的小奇點，而周圍是一個普通的標量場，這個標量場會對黑洞的存在做出反應，並且只允許它對應的粒子出現在特定的區域。就像雙原子分子一樣，同樣也可以描述兩個黑洞周圍的標量場，就像二元黑洞系統一樣。

引力分子概念的引入

這份研究報告發現，純量場確實可以存在於雙黑洞周圍，更重要的是，它們可以自己形成特定的模式，就像電子場在分子中的排列方式一樣。在這種情況下，標量場的行為模仿了電子在雙原子分子中的行為，因此命名為「引力分子」。

科學家為什麼會對標量場感興趣？

首先，我們不了解暗物質或暗能量的本質，有可能暗能量和暗物質都是由一個或多個標量場組成的，就像電子是由電子場組成的一樣。如果暗物質確實是由某種標量場組成的，那麼這個結果就意味著暗物質將以一種非常奇怪的狀態存在於雙黑洞周圍，一種神秘的黑暗粒子將必須存在於非常特定的軌道中，就像電子在原子中一樣。

探測引力波或許就能找到暗物質

但雙星黑洞不會永遠存在，它們釋放出引力輻射，最終碰撞並合併成一個黑洞。這些暗物質標量場會影響碰撞過程中釋放的引力波，因為它們會過濾、偏轉和重塑任何穿過暗物質密度區域的波。這意味著我們可以用現有的引力波探測器，以足夠的靈敏度探測到這種暗物質。

簡而言之，我們可能很快就能確認「引力分子」的存在，並由此打開一扇通向我們宇宙中隱藏著黑暗部分的窗戶。