在研究黑洞时,最大的问题之一是我们所知的物理定律在黑洞最深处不再适用。大量的物质和能量集中在一个无限小的空间里,也就是引力奇点,在这里,时空向无限大弯曲,所有的物质都被摧毁。果真如此吗?瓦伦西亚微粒物理研究所(IFIC, CSIC-UV)的研究人员最近进行的一项研究表明,物质实际上可能在闯入这些空间物体后存活下来,然后从另一边出来。
发表在杂志上经典引力和量子引力在美国,瓦伦西亚物理学家建议把奇点视为时空几何结构中的一个缺陷。通过这样做,他们解决了无限的、使空间变形的引力的问题。
“黑洞是一个理论实验室,用来尝试关于引力的新想法,”València(巴伦西亚大学,UV)的Ramón y Cajal基金研究员冈萨洛·奥尔莫(Gonzalo Olmo)说。与来自里斯本大学的Diego Rubiera和同样在UV的博士生Antonio Sánchez一起,Olmo的研究看到了他使用广义相对论(GR)之外的理论分析黑洞。
具体来说,在这项工作中,他应用了类似于晶体或石墨烯层的几何结构,而这些几何结构通常不用于描述黑洞,因为这些几何结构更符合黑洞内部发生的情况:“就像晶体在微观结构中有缺陷一样,黑洞的中心区域可以被解释为时空中的异常,这需要新的几何元素,以便能够更精确地描述它们。”我们从观察到的自然事实中获得灵感,探索了所有可能的选择。”
利用这些新的几何图形,研究人员得到了黑洞的描述,中心点变成了一个非常小的球面。这个表面被解释为黑洞中存在虫洞。“我们的理论自然解决了解释带电黑洞的几个问题,”Olmo解释道。“首先,我们解决了奇点的问题,因为在黑洞的中心有一扇门,也就是虫洞,空间和时间可以通过虫洞继续。”
这项研究是基于已知的最简单的黑洞类型之一,即无旋转的带电黑洞。方程预测的虫洞比原子核还小,但黑洞中储存的电荷越大,虫洞就越大。因此,假设一个进入这种黑洞的旅行者会被拉伸到极致,或“意大利面”,并能够进入虫洞。在退出时,它们会被压缩回正常的大小。
从外界看来,这些拉伸和压缩的力量似乎是无限的,但亲身体验的旅行者自己只会感受到极其强烈的,而不是无限的力量。《星际穿越》中的恒星不太可能在这样的旅程中幸存下来,但IFIC研究人员提出的模型假设,物质不会在奇点内丢失,而是会通过奇点中心的虫洞被驱逐到宇宙的另一个区域。
根据Olmo的说法,这种解释解决的另一个问题是需要使用外来能源来产生虫洞。在爱因斯坦的引力理论中,这些“门”只出现在具有不寻常特性(负能量压力或负能量密度)的物质存在的情况下,这是从未被观察到的。用法与例句:“在我们的理论中,虫洞出现在普通物质和能量之外,例如电场”(奥尔莫)。
理论物理学对虫洞的兴趣不仅仅是在时空中生成连接宇宙两点的隧道或门。它们还有助于解释诸如量子纠缠或基本粒子的性质等现象。多亏了这种新的解释,这些物体的存在可能更接近科学而不是虚构。
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