物理學家可能發現偵測「裸奇異點」的方法,比黑洞還要怪異…

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黑洞很怪異:密度極大的物體塞進這麼小的空間,它們會造成時空扭曲,讓物理定律分解成一個奇異點(singularity)。

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幸運的是,宇宙保護著我們,不會捲入事件視界(event horizon)中的黑洞。但現在物理學家說,他們已發現一種方法,能偵測到更極端的事,裸奇異點(naked singularity),它更可能扭曲現行的物理定律。

Avaneesh Pandey對國際財經時報(IB Times)解釋:「裸奇異點,如果這種東西真的存在,它會是現實構造中突然產生的孔洞,不僅會扭曲時空,不論它移到哪裡,都會造成物理定律的大浩劫,還會導致可預知的慘重損失。」

如果你覺得這聽起來太可怕,別擔心,這整個研究只是純理論,它建立在很大的假設之上:裸奇異點確實存在於宇宙中;但科學家一直無法確認此事。

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但至少根據愛因斯坦的廣義相對論、我們目前最佳的電腦模型,裸奇異點有可能存在。

那它們是什麼?當巨大星體在壽命將盡時,塌縮成很小、密度很高的區域,奇異點就會成形。

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有2種廣義的物理定律支配著我們所理解的現實:量子力學(quantum mechanics)能解釋所有小事,例如次原子粒子(subatomic particles)的作用;廣義相對論則描述我們能看見的事,例如星體和星系。

將理論應用在奇異點時,這2種學說預測了不同、矛盾的結果。

我們不是真的得解決那個難題,因為我們所知的全部奇異點都在黑洞中,被事件視界包圍著,連光都無法逃脫;或者它們位於新興的宇宙,被我們看不到的輻射籠罩著。眼不見為淨,對吧?

不過裸奇異點是理論型的奇異點,因為某種原因才會在宇宙的其他地方顯現。

在下方,你會看到一個黑洞的圖示,它被包圍在左方的事件視界(虛線)中,而裸奇異點在右方的圖示中。箭頭代表光,它能逃脫裸奇異點,但無法逃脫黑洞。

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假設裸奇異點真的存在,那最大的問題就是,我們如何能區別裸奇異點和一般的黑洞,這就是新研究要討論的重點。

印度塔塔基礎研究院(Tata Institute of Fundamental Research)的研究者,已想出2步驟計畫,此計畫是根據奇異點推論而成:就我們目前所知,奇異點是一個旋轉的物體,就像黑洞一樣。

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根據愛因斯坦的廣義相對論,在旋轉物體附近的時空構造,會隨著旋轉而「扭曲」。這個後果會造成陀螺儀般的打轉,使旋轉物體四周的粒子軌道「按歲差前進」,或改變它們的旋轉軸。

你看看下方陀螺儀的歲差,就能明白我們的意思,它的軸已不再挺直了。

根據此論點,研究者說,我們能想出旋轉物的性質,方法是在接近該物體的2個定點,測量陀螺儀以歲差前進的速度(也就是它的歲差速率)。

根據新報告,結果有2種可能性:

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1.陀螺儀的歲差速率在2定點間劇烈改變,顯示未知的旋轉物是一般的黑洞。

2.歲義速率以規律、有秩序的方式改變,指出裸奇異點。

顯然,讓陀螺儀離黑洞夠近,以便做這些實驗,一點也不容易。

但沒關係,因為該團隊已想出方法,能在地球上觀測相同的結果,就是用X光的波長來測量掉進黑洞、裸奇異點的物質,它們的歲差速率。

該團隊的新聞稿解說:「這是因為軌道平面的歲差速率,隨著物質接近旋轉黑洞而加快,但這速率在旋轉的裸奇異點附近時,會減弱,甚至會消失。」

我們得再次重申,上述都是瘋狂的推測,我們尚未找到任何裸奇異點,而且我們才剛始真正瞭解一般黑洞。

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此外,值得一提的是,上週另一群研究者表示,即使裸奇異點存在,奇特的量子效應也會讓我們看不到它們。

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因此,目前關於我們是否有機會研究裸奇異點,大家絕對沒有共識。

就目前而言,那也不是一件壞事,因為…我們真的準備好觀測宇宙邊界發生的事了嗎?

也許終其一生,我們都沒有答案。

此研究發表於物理評論D期刊(Physical Review D)。

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來源: Science Alert