黑洞或是「暗物質」包裹的巨大「原子核」

2020-11-11 星空天文

「引力分子」？

黑洞及其周邊模擬。

科學家們也不乏奇思妙想，尤其是在不同研究領域之間，常常有人根據某種相似性提出假設。雖然這種相似性並不見得總有邏輯。

研究天體物理的科學家中有人認為黑洞周圍存在著一種不可思議的「引力分子」，可以為我們揭示暗物質乃至時空的本質。而這個想法就來自粒子物理學中的一個概念——場。粒子物理學認為，場可以用來描述現實的本質，而且宇宙中的一切歸根結底都是場。

量子力學中的測不準原理告訴我們，我們無法確切地說出一個電子在某一時刻的準確位置。這讓人費解。但是當我們引入了場的概念之後，就變得比較好理解了。

場理論認為電子也是一種場。由於場和周圍的世界是相互作用的，因此電子場和原子核會相互影響，進而改變電子在某處出現的概率，導致電子只出現在原子核周圍的某個特定範圍內。在場理論看來，原子就是被電子場包圍的原子核。而由多個原子組成的分子也是一樣。

令人稱奇的是，黑洞和原子有著許多至少是表面上的相似性。奇點相當於原子核，而黑洞周邊相當於場。場和奇點互相影響，進而導致與這種場相對應的某種粒子只出現在特定範圍內。黑洞是被場包圍的奇點，而在由多個黑洞形成的天體系統周圍，場就能像原子結合成分子一樣，以某種方式交織在一起。雙黑洞周邊場的這種行為被稱為「引力分子」。

理論上，暗物質和暗能量都有可能是場。假如暗物質真是由某種場構成的，那麼在雙黑洞周圍，暗物質就會處在一種非常特殊的狀態中；而與此相對應的暗物質粒子，其運行軌道也會很特殊。這一切就像分子周圍的電子場一定和原子周圍的電子場不一樣一樣。

在這個理論中具有現實意義的一點是：由於雙黑洞會合併，黑洞周圍的暗物質場就會在黑洞的合併過程中，影響黑洞合併產生的引力波。假如我們的引力波探測器足夠靈敏，暗物質就會露出馬腳。

通過這種方式，我們或許可以打開一扇通往「黑暗宇宙」的門。

參考
Black hole binaries and light fields: gravitational molecules
https://arxiv.org/abs/2010.00008

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