快速旋轉的黑洞可能具有更多特性

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【大紀元2020年12月21日訊】(大紀元記者笛睿編譯報導)無毛定理(no-hair theorem)是從相對論對黑洞情形推導出的一個著名理論,可是它與量子理論存在矛盾。科學家提出了很多改版的理論讓二者相容,但是從來沒有辦法通過實測證實任何理論的有效性。

無毛定理是個比喻的說法,意思說不論什麼物體掉進黑洞將消失其所有的特徵,只剩下質量。黑洞自身只有質量、角動量和電荷這三個特性,沒有其他任何複雜的特性,比作沒有毛髮一般。

近期一份發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)上的研究提出,快速旋轉的黑洞將具有額外的特性,可以作為研究對象檢驗這種情形下改版相對論是否成立,而通過引力波可以探測到快速旋轉的黑洞,是一種有效的實測檢驗方法。

科學家發現相對論在一些情形下,和量子理論出現矛盾,黑洞就是其中一個範例。如果無毛定理是正確的,那麼任何跨過事件視界(科學家假想的黑洞周圍的邊界區域)、掉進黑洞的物體的信息將被摧毀,不復存在。可是量子理論認為,信息在宇宙中永遠不會丟失。

由此矛盾又推出了另一個矛盾的問題,比如防火牆悖論(firewall paradox),導致不能確定事件視界是熱的還是冷的。

科學家在相對論的基礎上提出了多種擴展理論以解決這些矛盾。不過它們中的大多數都只在極端的情形下才能體現出區別,也難以通過觀測的方法加以證實。

很多改進版的相對論模型都是在原有理論基礎上增加了一個參數。比如一種理論稱,增加一個無質量標量場(massless scalar field)參數,就能讓相對論和量子理論結合,不出現矛盾。

這份研究提出,這個無質量標量場很可能與黑洞的轉速相關。研究者發現,在低轉速的情況下,改版的黑洞理論和標準模型看不出差別;可是在高轉速的情況下,標量場使得黑洞具有更多特性。

這份研究稱,這些額外的特性只體現在事件視界的附近,但是對黑洞之間的合併具有影響。研究人員說,將來從引力波的觀測數據應該可以驗證這些替代模型是否合理。

愛因斯坦的相對論至今為止,禁得起任何可觀測現象的考驗,但是理論推導發現它很可能不適用於極端情形。研究人員表示,所以這樣的研究是推動在極端情形下驗證相對論的重要依據。◇

責任編輯:朱涵儒

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