我們第一次瞥見黑洞中心附近存在的物理現象，是通過「環量子引力」得以實現。環量子引力是一種利用量子力學將引力物理學擴展到愛因斯坦廣義相對論之外的理論。環量子引力起源於賓夕法尼亞州立大學，後來被世界各地的許多科學家發展起來，它為現代物理學開闢了一個新範式。該理論已經成為分析宇宙中某些地方極端宇宙學和天體物理學現象的主要候選理論，比如黑洞，在那裡廣義相對論的方程不再有用。之前在環量子引力領域非常有影響力的工作分析了大爆炸的量子性質，現在賓夕法尼亞州立大學的Abhay Ashtekar和Javier Olmedo以及路易斯安那州立大學的Parampreet Singh的兩篇新論文將這些結果擴展到了黑洞內部。
博科園-科學科普：論文發表在2018年12月10日的《物理評論和物理評論》上，似乎是「編輯建議」，也在《物理》中的觀點文章中突出顯示。物理學教授埃文普(Evan Pugh)說：我們今天擁有最好的引力理論是廣義相對論，但它有局限性，例如廣義相對論預言，宇宙中有一些地方引力是無限的，時空只是結束，把這些地方稱為「奇點」。但就連愛因斯坦也同意，廣義相對論的這種局限性源於它忽略了量子力學。在黑洞中心，引力是如此之大，以至於根據廣義相對論，時空變得非常彎曲，最終曲率變得無窮大。這導致時空有鋸齒狀的邊緣，超過這個邊緣物理學就不復存在了——奇點。奇點的另一個例子是大爆炸。在廣義相對論中，問大爆炸之前發生了什麼是一個毫無意義的問題，因為時空結束了，以前沒有。
圖像的下半部分描繪了黑洞，根據廣義相對論，它捕獲了包括光在內的一切。利用量子力學擴展愛因斯坦廣義相對論的環量子引力理論，克服了這種巨大的引力，解放了一切(圖像上半部分)，從而為恢復先前認為在黑洞奇點中丟失的信息提供了具體途徑。圖片：A. Corichi and J. P. Ruiz
但是對愛因斯坦方程的修正使得研究人員能夠將物理學擴展到大爆炸之外，做出新預測，最近兩篇論文對黑洞奇點也做了同樣的研究。阿什特卡爾說：環量子引力的基礎是愛因斯坦發現，即時空的幾何結構不僅是宇宙事件發生的舞臺，而且它本身就是一個可以彎曲的物理實體。作為一個物理實體，時空的幾何是由一些基本單位構成，就像物質是由原子構成一樣。這些幾何單位（被稱為「量子激發」）比我們今天的技術探測到的要小几個數量級，但我們有精確的量子方程來預測它們的行為，尋找它們影響的最佳地點之一是黑洞中心。根據廣義相對論，在黑洞中心引力是無限的，所以進入黑洞的一切，包括物理計算所需的信息，都失去了。
這導致了著名的「信息悖論」，40多年來理論物理學家一直在努力解決這個問題。然而環量子引力的量子修正允許排斥力的存在，這種排斥力甚至可以壓倒經典引力的最強引力，因此物理學可以繼續存在。這打開了一條詳細展示黑洞中心沒有信息丟失的途徑，研究人員正在研究這個問題。有趣的是，儘管環量子引力在廣義相對論打破黑洞奇點的地方仍然有效，但是大爆炸——在遠離奇點的不那麼極端的情況下，它的預測與廣義相對論的預測相當吻合。路易斯安那州立大學的物理學副教授辛格說：實現這兩個目標是非常重要的。事實上在過去的十年裡，許多研究人員已經探索了黑洞奇點的量子本質，但奇點要麼佔了上風，要麼解決了它釋放非自然效應機制，新研究沒有這些限制。
博科園-科學科普｜研究/來自：賓夕法尼亞州立大學參考期刊文獻:《物理評論快報》論文DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.241301博科園-傳遞宇宙科學之美