不是黑洞併合引發時空漣漪?新理論稱重力波可能源自蟲洞

作者 | 發布日期 2018 年 06 月 18 日 9:24 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 follow us in feedly

科學儀器近兩年來陸續探測到重力波,由雙黑洞或雙中子星併合引發,但是,這些時空漣漪事實上有可能不是來自黑洞或中子星,而是其他物體嗎?一個歐洲物理學家團隊對此提出新理論,認為重力波也可能來自連接兩個時空的蟲洞。



重力波是時空本身結構中的漣漪,在愛因斯坦廣義相對論中,重力是時空曲率所產生的一種現象,質量可以導致這種曲率,當物質在時空中運動時,附近曲率會隨之改變,而大質量物體運動時所產生的曲率變化會以光速像波一樣向外傳播,這一傳播現象就是重力波。

LIGO(雷射干涉重力波天文台)於 2016 年首度檢測到 13 億年前兩個黑洞融合產生的重力波,之後又陸續檢測到其他重力波事件,但一份發表在《Physical Review D》期刊的論文卻提出另一種解釋:如果重力波來源並不是黑洞,而是諸如蟲洞的奇特緻密天體(exotic compact objects,ECOs)呢?

畢竟天文學家從來沒有「實際」觀測過黑洞,而是透過大量實驗、理論模型與間接觀測(某個地方質量異常大、引力異常強等)來推斷黑洞的存在與位置;雖然迄今為止,科學家也都沒有觀察過蟲洞存在的證據,但一般認為這是因為蟲洞很難和黑洞區分。

蟲洞(wormhole)又稱愛因斯坦-羅森橋(Einstein—Rosen bridge),是宇宙中一種連接兩個不同時空的假想狹窄隧道,1930 年代愛因斯坦及納森·羅森在研究引力場方程時,假設黑洞與白洞透過蟲洞連接,認為透過蟲洞可以完成瞬時空間轉移或者時間旅行。

和黑洞不同的是,蟲洞沒有事件視界。在黑洞併合前的最後一秒,重力波振幅會達到峰值,併合後則經歷衰盪(ringdown)階段趨於穩定(振幅急劇減小至零),荷語天主教魯汶大學的西班牙籍天文學家 Pablo Bueno 與 Pablo A. Cano 認為問題就在於此,由於黑洞事件視界的存在,迄今觀察到的重力波訊號都在幾分鐘後完全消失;但若事件視界不存在,則重力波振盪(oscillation)訊號不會完全消失,而是在一段時間後產生一陣陣回音,類似於你往一口深井大喊後的回音。

愛因斯坦廣義相對論中對黑洞的描述是這樣:一個質量大到附近物質或輻射都無法逃離其重力場的天體,而黑洞周圍存在一種時空曲隔界線「事件視界(event horizon)」,在極巨大重力影響下,黑洞附近的逃逸速度大於光速,使得任何光線都不可能從事件視界內部逃脫。

有趣的是,無論是黑洞還是蟲洞,兩者經歷的衰盪階段很相似,研究人員說,我們需要進一步確定回音是否存在以區別兩種天體。不過我們目前沒有合適的理論模型可以參考研究,雖然已有幾個團隊開始分析 LIGO 原始數據,但研究成果不一定為人接受。總之,時間與技術演進將告訴我們這些回音是否存在,如果結果是對的,將是物理學史上最偉大的發現之一。

(首圖來源:shutterstock)