黑洞內(nèi)部奇點(diǎn)的性質(zhì)就一直是個(gè)謎
1916年1月，在東線當(dāng)兵的德國物理學(xué)家卡爾·史瓦西提出了廣義相對(duì)論的第一個(gè)精確解，這是阿爾伯特·愛因斯坦此前提出的激進(jìn)的引力理論。廣義相對(duì)論把引力描繪成彎曲空間和時(shí)間的影響，而不是人們長期以來所理解的引力。史瓦西的解揭示了一個(gè)靜止的物質(zhì)球體周圍時(shí)空的曲率。
奇怪的是，史瓦西注意到如果這個(gè)物質(zhì)被限制在一個(gè)足夠小的半徑內(nèi)，在中心會(huì)有一個(gè)無限曲率和密度的點(diǎn)，這就是一個(gè)奇點(diǎn)。
物理學(xué)中突然出現(xiàn)的無窮大通常會(huì)引起科學(xué)家們的恐慌，愛因斯坦在得知史瓦西的結(jié)果后，史瓦西自己也不敢相信這種物體真的存在。但從20世紀(jì)70年代開始，越來越多的證據(jù)表明，宇宙中存在大量這樣的實(shí)體，這些實(shí)體就是黑洞，因?yàn)樗鼈兊囊μ珡?qiáng)，任何進(jìn)入它們的東西都出不來，甚至光也出不來。從那時(shí)起，黑洞內(nèi)部奇點(diǎn)的性質(zhì)就一直是個(gè)謎。
哈佛大學(xué)黑洞計(jì)劃(BHI)的一個(gè)研究小組在這個(gè)謎題上取得了重大進(jìn)展。
保羅·切斯勒、拉梅什·納拉揚(yáng)和埃里克·庫列爾探索了理論上的黑洞的內(nèi)部性質(zhì)，這些黑洞與天文學(xué)家研究的實(shí)際黑洞類似，試圖確定黑洞內(nèi)部存在何種奇點(diǎn)。
切斯勒解釋說，奇點(diǎn)并不是數(shù)量真正無限的地方，而是“廣義相對(duì)論崩潰的地方”。在這一點(diǎn)上，廣義相對(duì)論被認(rèn)為是讓位給一個(gè)更精確的，但仍然未知的，量子尺度的重力描述。但是愛因斯坦的理論有三種不同的描述方式，導(dǎo)致了三種不同的可能的奇點(diǎn)?！爸缽V義相對(duì)論何時(shí)何地失效對(duì)了解它背后的(量子引力)理論很有幫助，”切斯勒說。
BHI小組建立在1963年，并且當(dāng)年取得了一項(xiàng)重大的進(jìn)展，當(dāng)時(shí)數(shù)學(xué)家羅伊·克爾解出了一個(gè)旋轉(zhuǎn)黑洞的愛因斯坦方程，這比史瓦西提出的情況更現(xiàn)實(shí)，因?yàn)閹缀跤钪嬷械囊磺卸荚谛D(zhuǎn)。這個(gè)問題比史瓦西的更難，因?yàn)樾D(zhuǎn)的物體在中心有凸起，因此缺乏球面對(duì)稱性。克爾的解決方案明確地描述了旋轉(zhuǎn)黑洞外的區(qū)域，而不是黑洞內(nèi)部。
克爾的黑洞仍然有些不切實(shí)際，因?yàn)樗紦?jù)了一個(gè)沒有物質(zhì)的空間。BHI的研究人員意識(shí)到，這可能會(huì)使黑洞變得不穩(wěn)定。即使是單個(gè)粒子的加入，也會(huì)極大地改變黑洞內(nèi)部的時(shí)空幾何結(jié)構(gòu)。為了使他們的模型更真實(shí)、更穩(wěn)定，他們?cè)诶碚摵诙磧?nèi)和周圍撒上了一種叫做“基本標(biāo)量場(chǎng)”的特殊物質(zhì)。雖然最初的克爾的解決方案關(guān)注的是一個(gè)“永恒的”黑洞，它一直存在，但在BHI的分析中，黑洞是由引力坍縮形成的，就像宇宙中大量存在的黑洞一樣。
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