黑洞中央是個密度、重力、時空曲率無限大的奇點，所有已知物理定律在這都失去意義，也代表愛因斯坦相對論同樣失效。然而黑洞由相對論預測，前後矛盾的結果困擾物理學家幾十年，逼他們試著描述沒有奇點的黑洞替代模型。最近，一項新研究討論 2 種新模型，或許有助科學家擺脫黑洞奇點侷限。
1915 年愛因斯坦（Albert Einstein）提出相對論，1 年後德國物理學家卡爾·史瓦西（Karl Schwarzschild）得出第一個愛因斯坦場方程式的精確解，又稱為史瓦西解，揭示宇宙有種連速度最快的光都無法逃脫其巨大引力的極端物體，即黑洞。
史瓦西解還有另一個重要特徵是包含奇點，在這裡包含廣義相對論在內所有物理定律都不適用，因此如何詮釋奇點其實也不明確，實際上我們根本不了解黑洞核心發生什麼，這也讓物理學家相當困擾奇點的存在，可能需要一個能考慮量子效應的量子重力理論才能給出更好解釋。
最近，宇宙基本物理研究所（IFPU）團隊在一場研討會上討論了 3 種黑洞模型，第 1 個為相對論預測的標準黑洞，擁有奇點和事件視界；第 2 個為沒有奇點、但存在事件視界的黑洞；第 3 個為「模仿」黑洞外部特徵，但沒有奇點也沒有事件視界的緊湊型物體，後兩者為新提出之模型。
研究人員指出，第 2 種模型的黑洞是標準黑洞的「修改版」，它們結構差不多，但黑洞中央核心密度有限。
第 3 種模仿黑洞的物體許多方面類似黑洞，但不會永久捕捉任何物質，且內部連接至外部宇宙，允許光子甚至訊號逃脫。而事件視界望遠鏡的成像或許能揭開第 3 種「仿黑洞」的周圍光線細節，比如出現更複雜光環，重力波探測也可能顯示出與非經典時空幾何兼容的微妙異常。
和奇點一樣，這些模型仍需要進一步研究驗證，當前知識不足以確定我們應鎖定哪種模型，但隨著理論與模擬結果取得重大進展，為新的觀測工具奠定基礎，將進一步引導量子重力理論完善發展，作為連接一般相對論與量子理論的橋樑。
（首圖來源：pixabay）
科技新報粉絲團
加入好友
訂閱免費電子報
