物理學家表示五維黑洞可能會「破壞」廣義相對論

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若你認為一般黑洞還是和太空一樣神秘怪誕的話,那你可要再想想了,因為物理學家終於首次成功模擬出在五維世界中黑洞的變化,而這可能會顛覆我們對宇宙運作的基本認知。

這項模擬實驗指出如果我們的宇宙是由五維或更高維度所組成,那麼科學家長期努力想證實或否認的事情,即愛因斯坦的廣義相對論(當代物理學的基礎)就是錯誤的。換句話說,五維黑洞所包含的引力如此強大,我們所知道的物理定律將會失效。

這裡要理解的議題很多,所以讓我們從黑洞本身開始討論。在一個五維空間的宇宙,物理學家假設黑洞更像是一個極細薄的環狀體而非孔洞體,而當它演變時會產生一系列「突起」,隨著時間推移越來越細薄並最終崩斷、形成數個微型小黑洞。

環狀黑洞(或稱「黑環」)於2002年首次提出,但直到現在,尚未有人成功模擬它們的演化歷程。當前得力於英國劍橋大學COSMOS超級電腦(歐洲最大的共享內存計算機)以每秒38.6兆次運算速度來計算,才得以實現。

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五維黑洞的問題在於一般認為它可能由「超引力環」組成,其中引力強大,因此產生裸奇點狀態。裸奇點是一種非常奇異的事件,沒人瞭解會發生什麼事,只知道廣義相對論定律將不再適用。

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愛因斯坦的廣義相對論是基於我們對於引力如何支配宇宙運行的認知而存在。我們知道宇宙中的物質會使周圍時空產生扭曲,這種扭曲效應即所謂的引力。由於從100年前首次被提出後,廣義相對論就已經通過每項測試,我們在宇宙中所觀察到的一切都遵從該定律,但奇異點卻帶來了一些問題。

在一個四維宇宙(第四維是時間),奇異點被認為是一個黑洞中引力最強大的一點,即中心點,而它被黑洞邊緣上的事件視界所包圍。

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英國劍橋大學理論物理學家Markus Kunesch說明:「只要黑洞的奇異點保持隱藏在事件視界後面,他們將不會引起麻煩,而廣義相對論依舊成立,宇宙審查假說認為確實如此。 只要假說有效,我們就可放心在黑洞之外預測未來。」

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但是如果奇異點存在於黑洞事件視界之外呢?物理學家紛紛假設在五維或更高維度下,如果一個物體崩解為無限密度的奇異點時,它不受限於事件視界,也就成為裸奇點,那麼物體周圍會發生極為瘋狂的事情,我們也需要徹底重新思考物理學的運作,整件事真的讓人很緊張。

團員之一Saran Tunyasuvunakool表示:「如果裸奇點真的存在,那廣義相對論將被推翻。而且如果廣義相對論瓦解,所有事情將被顛覆,因為我們就不再有任何預測力, 它不再是能解釋宇宙的獨立理論。」

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如果我們的宇宙只有四個維度,那一切就完好,環形黑洞和裸奇點不是問題。但物理學家已經提出宇宙可能由高達11個維度組成。問題是因為人類只能感知到三個維度,我們唯一能確認多個維度存在的方法只有透過高能量實驗,如大型強子對撞機。

Kunesch及團隊表示,他們已經掌握超級電腦可模擬的極限,但仍希望釐清為何在四維宇宙裸奇點是不可能存在,而廣義相對論是正確的。 Tunyasuvunakool說道:「如果宇宙審查假說無法在高維度空間成立,那麼我們需要看看為何四維宇宙如此特殊,讓廣義相對論得以成立。」

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這項研究已發表在物理評論快報,欲了解11維度更多資訊,請參考理論物理學家加來道雄的說法:

來源:Sciencealert