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黑洞产生回声?新发现或推翻爱因斯坦广义相对论 霍金赢了一局
2020-02-06 11:31 前瞻网   

 

当两颗中子星在遥远的太空相撞时,它们在宇宙中产生了强大的震动——科学家于2017年在地球上探测到的引力波。现在,通过对引力波记录的筛选,两位物理学家认为他们已经找到了黑洞存在的证据,这个黑洞可能会违反爱因斯坦广义相对论得出的模型。

在广义相对论中,黑洞是简单的物体:被无限压缩的奇点,或物质点,被光滑的视界所包围,没有光、能量或物质可以通过视界逃逸。到目前为止,我们从黑洞收集到的所有数据都支持这个模型。

但在20世纪70年代,斯蒂芬·霍金写了一系列的论文,表明黑洞的边界并不那么平滑。相反,由于与量子力学有关的一系列效应使得“霍金辐射”得以逃逸,它们变得模糊不清。从那以后的几年里,出现了许多替代黑洞模型,那些平滑、完美的视界将被更薄、更模糊的膜所取代。

最近,物理学家预测,这种模糊现象在新形成的黑洞周围会特别强烈——这些黑洞足够大,可以反射引力波,在黑洞形成的信号中产生回声。现在,在中子星碰撞之后,两位物理学家认为他们已经发现了这种类型的回声。他们认为,当中子星合并时形成的黑洞就像回音响起,粉碎了简单的黑洞物理学。

加拿大滑铁卢大学的物理学家、该研究的共同作者Niayesh Afshordi说,如果回声是真实的,那么它一定来自于量子黑洞的绒毛。

“在爱因斯坦的相对论中,物质可以在很远的距离内绕着黑洞旋转,但应该会落入黑洞接近视界的地方,”Afshordi告诉Live Science。

所以,在黑洞附近,不应该有任何松散的物质来反射引力波。他说,即使是被物质圆盘环绕的黑洞,在它们的视界周围也应该有一个真空地带。

“我们预期(并观察)回声的时间延迟……只有当某些量子结构恰好位于它们的视界之外时,才能解释。”Afshordi说。

这与通常不可动摇的广义相对论预测不同。

也就是说,来自现有引力波探测器的数据证明有噪声的,难以正确解释,而且容易出现误报。引力波在黑洞周围发出一些量子模糊的回声,这将是一种全新的探测方式。但是Afshordi说,在合并后不久,这种模糊应该足够强烈,足以反射引力波,以至于现有的探测器可以看到它。

他说这个结果是令人信服的——特别是因为回声在不止一个引力波探测器中出现。

“这比梳理数据寻找某种特定的信号,然后当你找到它的时候,说‘啊’!”Neilsen告诉Live Science。

不过,他说,他需要看到更多的信息,才能完全相信回声是真实的。Neilsen说,这篇论文没有考虑到其他引力波探测,这些探测是在报告的回声出现后约30秒内收集到的。

他说:“由于重要性计算对你挑选数据的方式非常敏感,在得出任何确定的结论之前,我想更全面地了解所有这些特征。”

麻省理工学院的天体物理学家Maximiliano Isi对此表示怀疑。

“这不是来自这个小组的第一个声明。”他告诉Live Science。

“不幸的是,其他小组无法重现他们的结果,这并非因为缺乏尝试。”

Isi指出,有一系列论文未能在相同的数据中找到相似之处,其中一篇发表于6月,他将其描述为“一种更复杂、更可靠的统计分析”。

Afshordi说,他的这篇新论文的优点是,比以前的论文要敏感得多,有更可靠的模型来检测微弱的回声。他补充说:“我们报告的发现……在我讨论过的十几次搜索中,它的误报率是最高的,大约是十万分之二。”

Neilsen补充说,即使这个回声是真实的,科学家们仍然不能确切地知道是什么奇异的天体物理物体产生了这种现象。

“这个案例的有趣之处在于,我们根本不知道最初的合并后留下了什么:一个黑洞是立即形成的,还是存在某种奇异的、短暂的中间物体?”Neilsen说,“这里的结果最容易弄清楚,如果残留的是一颗超大质量的(中子星)在大约一秒钟内坍塌,但是这里出现的回声并不能使我相信这种情况是实际发生的。”

Isi说,这些数据可能有相似之处,而这一点意义重大。他只是还没被说服。

不管所有的数据是如何变化的,Neilson说,很明显,这里的结果指向了一些值得进一步探索的东西。

“从天体物理学的角度来说,我们正处于未知的领域,这真的很令人兴奋。”他说。这篇论文发表在2019年11月13日的《宇宙学和天体粒子物理学杂志》上。

原文来源:https://www.space.com/black-hole-echoes-unsettle-einstein-relativity.html

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责任编辑: 3976DBC

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