D尽管爱因斯坦的黑洞具有弯曲思维和空间的能力,但它看起来如此简单,连小孩都能画出来。在中心有一个点,一个完美的球面边界稍微往外一点,就是这样
这一点就是奇点,一个无限密集、难以想象的小圆点扭曲空间,如此剧烈,以至于附近的任何东西都会直线下落,留下真空。球形边界标志着事件视界,即真空和宇宙其他部分之间的不归路点。但根据爱因斯坦的引力理论,如果不幸的宇航员要穿过视界,她不会立即注意到视界。“就像你窗外的地平线,”他说萨米尔Mathur他是俄亥俄州立大学的物理学家。“如果你真的走过去,那就什么都没有了。”
然而,2012年,这张平静的照片付之一炬。一个由四名物理学家组成的小组首先进行了一个谜题提出史蒂芬·霍金关于所有落入黑洞的信息会发生什么,并将其颠倒过来。他们没有坚持让宇航员(通常叫爱丽丝)平稳地通过事件视界,而是优先考虑了量子力学的一个关键假设:信息,就像物质和能量一样,永远不能被破坏。这一变化最终将事件视界从数学边界推进到物理对象,他们给这个对象起了一个色彩斑斓的名字火墙.
“它不可能是空的,结果它必须装满很多东西,很多热的东西,”他说唐纳德Marolf圣巴巴拉加利福尼亚大学的物理学家和四位合著者之一。这场争论引起了争论喧嚣在理论物理学界,就好像制图员建议地球赤道实际上是一堵鲜红的砖墙,而不是地图上的虚线。
然而,边界上有结构的消息并没有让马瑟感到震惊。十多年来,他一直认为黑洞确实是球的字符串(从弦理论),表面热而模糊。他解释说:“当你越来越近的时候,温度会越来越高,这就是燃烧的原因。”
近年来,马瑟一直在改进他的“模糊球”描述,他最近的计算给爱丽丝带来了些许好消息。虽然她不会过上健康长寿的生活,但地平线的热量可能并不是她所处的环境。
当你将弦理论应用于密度极高的物体时,你就会得到毛球。弦理论是一种用弦代替粒子的自然描述。激发一个粒子,它只能加速,但弦也会拉伸和膨胀。这种扩展的能力,加上假定的额外维度带来的额外灵活性,使得当足够多的弦被塞进一个小空间时,弦就会松散起来。它们形成了一个模糊的球,从远处看就像一个普通的黑洞——它有相同的大小(在给定的质量下),并发出所有黑洞都发出的“霍金辐射”。马瑟说,作为奖励,略微凹凸不平的表面改变了它发射粒子的方式,打破了霍金的信息谜题。“它更像一颗行星,”他说,“它就像其他任何东西一样,从那个表面辐射出来。”
他的新工作扩展了2014年的论据这个问题是,如果爱丽丝掉到一个超大质量的毛球上,会发生什么?这个毛球类似于我们银河系中心的毛球,质量相当于数百万个太阳。在这种情况下,重力支配着所有其他的力量。假设这个限制条件,马瑟和他的合作者发现,进入的爱丽丝粒子几乎不可能与出射的霍金辐射粒子相撞。表面可能是热的,他说,但毛球膨胀吞噬新物质的方式阻止了任何东西靠近到足以燃烧,所以爱丽丝应该能到达表面。
作为回应,马尔夫提出,一个中等大小的毛球也许仍然可以用其他方式烧烤爱丽丝。它不会那么快地把她拖进去,而且在低能量的碰撞中,引力以外的力量也会把她烧焦。
马图尔的团队最近更详细地研究了爱丽丝的工作经历新计算发表在《高能物理杂志.他们得出的结论是,对于一个质量和太阳差不多的中等模糊球来说,爱丽丝粒子撞击辐射粒子的总体几率比他们之前发现的略高,但仍然非常接近于零。他们的研究表明,在燃烧之前,你必须将一个毛球缩小到纳米尺度的千分之一。
通过让爱丽丝或多或少地完整地到达表面(她仍然会经历一个毫无争议的、可能是致命的拉伸),该理论甚至可能最终恢复爱因斯坦的图像,即平滑地穿过边界,尽管是以扭曲的形式。可能会有这样一种情况:爱丽丝重重地摔在了地面上,同时又觉得自己好像是在太空中坠落,不管这意味着什么。
“如果你在一种描述中跳到(fuzzballs),你就会分解成小串。马瑟说。我们通常假设一旦她的粒子开始分裂,爱丽丝就不再是爱丽丝了。然而,弦理论中一种奇异的二元性,使得她的弦以一种有序的方式在毛球上展开,从而保持了它们之间的联系,或许还保留了她的自我意识。“如果你仔细观察(弦)在做什么,”Mathur继续说道,“它们实际上是在一个非常连贯的球中扩散。”
马图尔照片的细节仍然很粗糙。该模型完全建立在弦论的基础上,这是一个没有实验证据的数学框架。更重要的是,甚至弦理论也无法处理现实模糊球的混乱。相反,物理学家们把注意力集中在人为的例子上,比如具有极端特征的高度有序、超冷的天体玛丽泰勒英国南安普敦大学的弦论理论家
马图尔的计算是探索性的,她说,是从简单模型的共同特征的近似概括。下一步是一个理论,可以从弦的角度,在量子层次上描述模糊球的表面。然而,她同意,从弦理论的角度来看,热防火墙的想法总是有点可疑。她说:“你突然从‘我正幸福地坠入爱河’转变为‘哦,天哪,我彻底毁灭了’?这并不令人满意。”。
在和马瑟讨论完之前,马尔夫没有对最新的研究结果发表评论,但他说,他很想了解更多关于其他力是如何解释的,以及毛球表面对爱丽丝的来访会作何反应。他还指出,马瑟的黑洞模型只是解决霍金难题的众多策略之一,并不能保证有人找到了正确的黑洞。“也许现实世界比我们想象的还要疯狂,”他说,“我们还不够聪明。”
查理·伍德是一名记者,报道地球上和地球外的物理科学发展。他的作品已出版科学美国人,基督教科学箴言报和《生活科学》,以及其他出版物。此前,他曾在莫桑比克和日本教授物理和英语,并获得布朗大学物理学学士学位。
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