黑洞有无头发？用平行框架给黑洞梳理头发

发布时间：2023-09-18 10:02:17 所属栏目：外闻来源：未知

导读： 　　在广袤的宇宙中有着令人难以理解且极具力量的物体——黑洞存在，它们的吸引力之强足以让光线无处遁形。黑洞的存在已经被多种观测证据所证实，例如引力波、X射线和射电波等。

　　在广袤的宇宙中有着令人难以理解且极具力量的物体——黑洞存在，它们的吸引力之强足以让光线无处遁形。黑洞的存在已经被多种观测证据所证实，例如引力波、X射线和射电波等。但是，黑洞究竟是如何形成的，它们又是如何进食和成长的呢？

　　在广义相对论中，黑洞被认为是非常简单的物体。你只需要知道一个黑洞的质量、电荷和自旋速率，就可以描述一个黑洞。用这三个数字就可以得到你能够知道的关于黑洞的一切信息。换句话说，它们是光秃秃的——它们没有多余的信息。这就像说“黑洞没有头发”一样。

　　这种黑洞的特性对于天体物理学家来说是非常令人沮丧的，他们迫切地想要了解这些宇宙巨兽是如何运作的。但是因为黑洞没有“头发”，就没有办法了解更多关于它们的东西以及是什么让它们运转。唉，黑洞仍然是宇宙中最令人困惑和神秘的物体之一。

　　但是，这种“无头发”黑洞的概念依赖于我们目前对广义相对论的理解，这是由阿尔伯特·爱因斯坦最初提出的。这种相对论的图径侧重于时空的曲率。任何具有质量或能量的实体都会弯曲周围的时空，而这种弯曲则指导这些实体如何运动。

　　黑洞头发是指黑洞除了质量、电荷和自旋之外可能具有的其他属性或信息。在常规基于曲率的广义相对论中，黑洞被认为是没有头发的，也就是说，它们只由质量、电荷和自旋来描述。这意味着黑洞内部发生了什么以及它们是如何形成的都无法从外部观测到。这就造成了一个著名的悖论，即信息丢失悖论。这个悖论指的是，当一个物体掉入黑洞时，它所携带的所有信息都会被永久地消灭，这与量子力学中的信息不灭原理相矛盾。

　　为了解决这个悖论，一些物理学家提出了不同的假设或理论，试图给黑洞一些头发，也就是说，让黑洞具有一些额外的属性或信息，从而使得黑洞内部的信息不会完全丢失，而是以某种方式保存或泄露出来。例如，斯蒂芬·霍金提出了黑洞辐射的概念，认为黑洞会通过量子效应向外辐射一些粒子和能量，从而使得黑洞具有一定的温度和熵。这样，黑洞就有了一些“头发”，也就是温度和熵。但是，这些“头发”并不包含黑洞内部的详细信息，而只是一些统计性质。

　　另一种给黑洞一些头发的方法是使用标量场。标量场是一种存在于所有时空中的量子对象，它可以用来描述物质或能量的分布或密度。一个著名的标量场例子是希格斯玻色子，它负责给许多粒子赋予质量。可能还有其他标量场存在于宇宙中，并微妙地改变了引力的工作方式，物理学家长期以来一直使用这些标量场来试图解释诸如暗物质和暗能量等宇宙奥秘。

　　在常规基于曲率的广义相对论中，添加标量场只有几种方式。但在平行引力中，有更多的选择。平行引力是一种基于扭曲度而不是曲率来描述时空和引力的理论。它使用了一种称为四维矢量场（或四维矢量）的数学工具，它可以用来表示时空中任何一个点的位置和方向。平行引力假设时空中存在一组特殊的四维矢量场，它们在任何地方都保持平行且不变。这些四维矢量场可以用来定义时空中不同点之间的距离和角度，从而构建出一种称为仿射联络（或仿射连接）的几何结构。仿射联络可以用来描述时空中物体沿着曲线运动时所受到的加速度或扭曲度。平行引力认为引力就是由于时空中存在一个特殊的仿射联络（称为Weitzenböck联络），它使得物体沿着最短或最直的路径（称为测地线）运动时仍然受到扭曲度或加速度的影响。这种扭曲度或加速度被称为惯性力或伪力，它与牛顿力学中的惯性力或伪力类似。平行引力认为惯性力或伪力就是引力本质上的表现形式。

　　一个理论物理学家组成的团队最近成功地探索了黑洞平行时间维度的引力如何处理黑洞周围的头发时间维度的问题。他们在7月份发表在预印本数据库arXiv上的一篇论文中详细介绍了他们的工作。（该研究尚未经过同行评审。)

　　该团队发现了一种使用平行框架来添加标量场到广义相对论中的方法。然后，他们使用这种方法来研究这些标量场，它们在其他情况下是不可见的，是否可能在黑洞附近出现。

　　最终的结果是：当通过平行引力的视角来探索时，添加到广义相对论中的标量场给了黑洞一些头发。

　　这里的“头发”是指在黑洞的视件视界附近存在一个强大的标量场。关键的是，这个标量场携带了关于黑洞内部的信息，这将使科学家能够在不必跳入黑洞内部的情况下了解更多关于黑洞的东西。

　　未来的引力波观测可能会揭示出这些标量场在黑洞碰撞中的微妙特征。

　　这并不是构建相对论理论的唯一方法，然而。还有一种完全不同的方法，它侧重于时空的“扭曲度”，而不是曲率。在这种图景中，任何具有质量或能量的物体都会扭曲周围的时空，而这种扭曲则指导其他物体如何运动。

　　基于曲率和基于扭曲度的两种方法在数学上是等价的。但是因为爱因斯坦先提出了基于曲率的语言，所以它更广泛地被使用。基于扭曲度的方法被称为“平行”引力，因为它在数学上使用了平行线，它提供了许多有趣的理论洞察，这些洞察在基于曲率的方法中并不明显。

　　一个著名的标量场例子是希格斯玻色子，它负责给许多粒子赋予质量。可能还有其他标量场存在于宇宙中，并微妙地改变了引力的工作方式，物理学家长期以来一直使用这些标量场来试图解释诸如暗物质和暗能量等宇宙奥秘。

　　在常规基于曲率的广义相对论中，添加标量场只有几种方式。但在平行引力中，有更多的选择。这个研究团队发现了一种使用平行框架来添加标量场到广义相对论中的方法。然后，他们使用这种方法来研究这些标量场，它们在其他情况下是不可见的，是否可能在黑洞附近出现。

　　最终的结果是当通过平行引力的视角来探索时，添加到广义相对论中的标量场给了黑洞一些头发。

　　这里的“头发”是指在黑洞的事件视界附近存在一个强大的标量场。关键的是，这个标量场携带了关于黑洞内部的信息，这将使科学家能够在不必跳入黑洞内部的情况下了解更多关于黑洞的东西。”他说。“我们希望这项研究能够帮助我们理解宇宙中最复杂的事物之一，即黑洞。”

（编辑：PHP编程网 - 黄冈站长网）

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