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如果引力波回声真实存在,霍金是对的,爱因斯坦错了?

如果引力波回声真实存在,霍金是对的,爱因斯坦错了?

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年在地球上探测到它们的引力波。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中简洁的模型。

在广义相对论中,黑洞是简单的物体:无限压缩的奇点或物质点,被平滑的视界所包围,任何光、能量或物质都无法通过这些视界逃逸。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,视界变得模糊不清。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一个回音的钟响,粉碎了简单的黑洞物理学。

如果引力波回声真实存在,霍金是对的,爱因斯坦错了?

加拿大滑铁卢大学物理学家尼亚耶什·阿夫肖迪说,如果回声是真实的,那么它一定来自量子黑洞的模糊。

他解释说,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,但在靠近视界附近的物体会最终落入黑洞中。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。

只有当某些量子结构恰好位于它们的视界之外时,引力波回声才能得到解释。这与通常不可动摇的广义相对论预测不同。

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。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。但是现有引力波探测器的数据是有噪声的,而且容易出现误报。

宾夕法尼亚维拉诺瓦大学的天体物理学家乔伊·尼尔森说:“这次发现回声是令人信服的,因为回声在不止一个引力波探测器中出现。不过,需要看到更多的信息,才能完全相信回声是真实的。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。”

尼尔森补充说:“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?”

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