物理学家表示五维黑洞可能会破坏广义相对论

栏目:科学探索 编辑:明明 时间:2016年11月05日

若你认为一般黑洞还是和太空一样神秘怪诞的话,那你可要再想想了,因为物理学家终于首次成功模拟出在五维世界中黑洞的变化,而这可能会颠覆我们对宇宙运作的基本认知。

这项模拟实验指出如果我们的宇宙是由五维或更高维度所组成,那么科学家长期努力想证实或否认的事情,即爱因斯坦的广义相对论(当代物理学的基础)就是错误的。换句话说,五维黑洞所包含的引力如此强大,我们所知道的物理定律将会失效。

这里要理解的议题很多,所以让我们从黑洞本身开始讨论。在一个五维空间的宇宙,物理学家假设黑洞更像是一个极细薄的环状体而非孔洞体,而当它演变时会产生一系列「突起」,随着时间推移越来越细薄并最终崩断、形成数个微型小黑洞。

环状黑洞(或称「黑环」)于2002年首次提出,但直到现在,尚未有人成功模拟它们的演化历程。当前得力于英国剑桥大学COSMOS超级电脑(欧洲最大的共享内存计算机)以每秒38.6兆次运算速度来计算,才得以实现。

五维黑洞的问题在于一般认为它可能由「超引力环」组成,其中引力强大,因此产生裸奇点状态。裸奇点是一种非常奇异的事件,没人了解会发生什么事,只知道广义相对论定律将不再适用。

爱因斯坦的广义相对论是基于我们对于引力如何支配宇宙运行的认知而存在。我们知道宇宙中的物质会使周围时空产生扭曲,这种扭曲效应即所谓的引力。由于从100年前首次被提出后,广义相对论就已经通过每项测试,我们在宇宙中所观察到的一切都遵从该定律,但奇异点却带来了一些问题。

在一个四维宇宙(第四维是时间),奇异点被认为是一个黑洞中引力最强大的一点,即中心点,而它被黑洞边缘上的事件视界所包围。

英国剑桥大学理论物理学家Markus Kunesch说明:「只要黑洞的奇异点保持隐藏在事件视界后面,他们将不会引起麻烦,而广义相对论依旧成立,宇宙审查假说认为确实如此。只要假说有效,我们就可放心在黑洞之外预测未来。」

但是如果奇异点存在于黑洞事件视界之外呢?物理学家纷纷假设在五维或更高维度下,如果一个物体崩解为无限密度的奇异点时,它不受限于事件视界,也就成为裸奇点,那么物体周围会发生极为疯狂的事情,我们也需要彻底重新思考物理学的运作,整件事真的让人很紧张。

团员之一Saran Tunyasuvunakool表示:「如果裸奇点真的存在,那广义相对论将被推翻。而且如果广义相对论瓦解,所有事情将被颠覆,因为我们就不再有任何预测力,它不再是能解释宇宙的独立理论。」

如果我们的宇宙只有四个维度,那一切就完好,环形黑洞和裸奇点不是问题。但物理学家已经提出宇宙可能由高达11个维度组成。问题是因为人类只能感知到三个维度,我们唯一能确认多个维度存在的方法只有透过高能量实验,如大型强子对撞机。

Kunesch及团队表示,他们已经掌握超级电脑可模拟的极限,但仍希望厘清为何在四维宇宙裸奇点是不可能存在,而广义相对论是正确的。Tunyasuvunakool说道:「如果宇宙审查假说无法在高维度空间成立,那么我们需要看看为何四维宇宙如此特殊,让广义相对论得以成立。」

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