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研究:当黑洞旋转得足够快会获得新的能量

神秘的宇宙 | 感谢投递 2021-07-14 406

如果你知道黑洞的质量和旋转,你就知道了关于黑洞的一切。

这个性质通常会用“无毛定理”来概括。具体来说,该定理断言,一旦物质落入黑洞剩下的唯一特征就是质量。就广义相对论而言,质量就是质量。在任何情况下,黑洞的视界都是平滑的,没有额外的特征。正如Jocob Bekenstein所说的那样,黑洞没有毛发。

但尽管广义相对论具有强大的预测能力,但它在量子理论方面存在一个问题。对于黑洞来说尤其如此。如果无毛定理是正确的,那么当一个物体穿过视界时它内部的信息就被破坏了。量子理论认为,信息永远不会被摧毁。所以有效的引力理论跟有效的量子理论存在矛盾的情况。这将导致诸如防火墙悖论等问题,即不能决定事件视界是热的还是冷的。

为了解决这个矛盾,科学家们提出了好几种理论,它们通常涉及到相对论的扩展。但标准相对论和这些修正的理论之间的区别只能在极端的情况下看到,这使得他们很难观察研究。但发表在《Physical Review Letters》上的一篇论文展示了如何通过黑洞的旋转来研究它们。

许多经过修正的相对论都有一个标准理论中没有的额外参数。它被称为无质量标量场,其允许爱因斯坦的模型以一种不矛盾的方式与量子理论联系起来。在这项新工作中,研究小组观察了这种标量场是如何跟黑洞的旋转联系在一起的。他们发现,在低自旋情况下,修正后的黑洞跟标准模型难以区分,但在高旋转情况下,标量场允许黑洞具有额外的特征。换言之,在这些替代模型中,快速旋转的黑洞可以有毛发。

旋转黑洞的可怕一面只能在事件视界附近看到,但它们也会影响黑洞的合并。正如作者指出的那样,未来的引力波天文台应该能利用快速旋转的黑洞来确定广义相对论的替代理论是否有效。

爱因斯坦的广义相对论已经通过了迄今的所有观测挑战,但在宇宙中最极端的环境下它可能会崩溃。像最新的这项研究表明了人类如何能发现接下来的理论。


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