物理学家提出:电荷和霍金辐射结合在一起时,黑洞可避免奇点出现
创始人
2026-05-24 15:42:47
0

物理学有一个让人坐立不安的角落,那就是黑洞的中心。

按照爱因斯坦广义相对论的预言,黑洞中心存在一个奇点,密度无穷大,时空曲率无穷大,所有已知的物理定律在那里彻底失效。这不是一个让人满意的答案,更像是一块"此路不通"的警示牌,提醒我们现有理论在这里撞了墙。

现在,一位德国理论物理学家提出,这堵墙或许可以绕过去,而且不需要等待一套全新的物理学理论。

一个被忽视了几十年的漏洞

法兰克福理论物理研究所的弗朗切斯科·迪·菲利波在研究带电黑洞时,发现了一个此前被物理学界忽视的逻辑缺口。他的论文发表在《物理评论快报》上,这是物理学领域最权威的期刊之一。

故事要从彭罗斯奇点定理讲起。1965年,罗杰·彭罗斯从数学上严格证明,只要引力始终表现为吸引力,黑洞内部就必然存在某种形式的时空不完备性,要么是曲率奇点,要么是柯西视界。

曲率奇点是大多数人熟悉的那个概念,密度和时空弯曲程度趋向无穷大,物质被压缩进无限小的空间,方程给出毫无意义的无穷大结果。

引力坍缩终点的几种可能情景。(a) 有限时间内形成极端残余物;(b) 渐近形成极端黑洞;(c) 有限时间内完全蒸发;(d) 无限时间内完全蒸发;(e) 形成无视界残余物。在这五种情景中,前两种会导致柯西视界的形成,从而导致可预测性丧失,而其他情况则会导致没有柯西视界的规则时空。图片来源:Francesco Di Filippo

柯西视界则更微妙,它是一个边界,越过这个边界之后,未来就变得无法预测,因果律在这里不再适用。物理学的根基之一是:知道现在,就能预测未来。柯西视界意味着这个根基的局部崩塌。

霍金辐射曾经被视为一个可能的出路。1974年,斯蒂芬·霍金从量子力学出发,预言黑洞并非完全"黑",而是会以极其缓慢的速度向外辐射粒子,逐渐蒸发损失质量,最终消亡。

霍金辐射违反了彭罗斯定理所依赖的能量条件,理论上应当能够动摇奇点的必然性。但问题在于,对于天文尺度的黑洞,霍金辐射的强度极其微弱,蒸发时间远超宇宙的年龄,物理学界因此普遍认为这种效应不足以改变奇点定理的结论。

迪·菲利波注意到的正是这里。他认为,这个"霍金辐射太弱所以无关紧要"的判断,在带电黑洞的情况下并不成立。

两种力叠加,产生了单独做不到的效果

带电黑洞在广义相对论中是一类有精确理论描述的对象,被称为赖斯纳-诺德斯特伦黑洞。携带电荷意味着黑洞内部存在电磁场,而电磁场产生的斥力会与引力的吸引作用相抗衡,在一定程度上抵制物质向中心无限压缩。

但电磁斥力单独作用,并不足以阻止奇点的形成。霍金辐射单独作用,效应又太微弱。

迪·菲利波的核心发现是:两者叠加在一起,产生的效果远超各自单独作用时的简单相加。

"电磁斥力和霍金蒸发单独都无法阻止可预测性的丧失,但它们结合起来却可以,"他在接受采访时直接说道。

他通过分析彭罗斯图来展示这个结论。彭罗斯图是一种把全部时空历史压缩在一张图上的表示工具,能够直观展现黑洞的整体结构和可能的演化路径。

在他的分析中,带电蒸发黑洞的演化存在多种可能的终点情景。其中有几种情景,黑洞最终以有限或无限的时间完全蒸发,或者留下一个没有视界的残余物,时空结构保持完整规则,既没有曲率奇点,也没有柯西视界。物理预测能力在这些情景中得到完整保留。

这个结果的更深层含义,在于它重新划定了解决奇点问题所需要的理论门槛。

物理学界长期的主流观点是:要真正处理黑洞奇点,必须等待一套完整的量子引力理论,也就是能够把广义相对论和量子力学统一起来的终极框架。弦理论、圈量子引力等方向都是这个目标的不同尝试,但迄今没有一个得到实验验证。

迪·菲利波的工作暗示,或许不需要等到那一步。在现有的半经典框架内,物质以量子力学方式处理,时空仍然保持经典描述,问题就已经有了可能的解决方向。

"这意味着解决黑洞内部病理问题可能不需要完整的量子引力理论,"他说,随即加上了清醒的限定,"我必须强调,我们仍处于非常早期的阶段,这一切都只是推测。"

这种谨慎是有必要的。目前没有任何观测技术能够探测黑洞内部发生的事情,这项研究完全是理论性质的,距离得到实验支持还有很长的路要走。

迪·菲利波接下来计划将分析扩展到旋转黑洞。自然界中几乎所有已知黑洞都在旋转,静止的带电球形黑洞是一种理想化的理论模型。他在论文中初步论证,旋转产生的角动量可能起到类似于电荷的作用,提供抵抗引力坍缩所需的额外斥力,从而在更接近真实的黑洞中实现类似的效果。

如果这个方向得到证实,黑洞中心必然存在奇点这一结论的适用范围将被大幅收窄,物理学对于宇宙中最极端天体的理解也将随之改写。

相关内容

六维力传感器赋能机器人触觉...
在具身智能与协作机器人快速发展的当下,力觉感知能力正成为决定机器人...
2026-07-17 07:03:05
轻松健康AI商业化迎放量拐...
Token正成为衡量AI落地深度的硬通货。2026年前五个月,轻松...
2026-07-17 01:35:25
阳光电源:近期碳酸锂价格回...
人民财讯7月15日电,阳光电源今日接受机构调研时表示,储能业务会受...
2026-07-17 01:32:28
*ST特迅:电源产品已在多...
证券之星消息,*ST特迅(002227)07月16日在投资者关系平...
2026-07-17 01:32:04
股票行情快报:科泰电源(3...
证券之星消息,截至2026年7月16日收盘,科泰电源(300153...
2026-07-17 01:30:02
海淀查处一起制售假冒“ZT...
日前,根据商标权利人举报,海淀区市场监管局联合公安机关查处一起制售...
2026-07-17 01:29:39
特殊结构让电流在二维材料中...
来源:科技日报 韩国科学技术研究院(KAIST)与成均馆大学联合研...
2026-07-17 01:29:16
升压隔离变压器技术解析:津...
一、行业背景:电压波动与设备适配的双重挑战 工业生产环境中,电网电...
2026-07-17 01:28:56
10999元!摩尔线程MT...
快科技7月16日消息,摩尔线程旗下MTT AICUBE“家庭AI中...
2026-07-17 01:28:30

热门资讯

阳光电源:近期碳酸锂价格回落后... 人民财讯7月15日电,阳光电源今日接受机构调研时表示,储能业务会受碳酸锂价格波动的影响。之前碳酸锂价...
*ST特迅:电源产品已在多个数... 证券之星消息,*ST特迅(002227)07月16日在投资者关系平台上答复投资者关心的问题。 投资者...
股票行情快报:科泰电源(300... 证券之星消息,截至2026年7月16日收盘,科泰电源(300153)报收于21.24元,下跌1.3%...
特殊结构让电流在二维材料中无阻... 来源:科技日报 韩国科学技术研究院(KAIST)与成均馆大学联合研究团队成功开发出一种新型半导体结构...
精达股份:上海超导IPO事项正... 证券之星消息,精达股份(600577)07月16日在投资者关系平台上答复投资者关心的问题。 投资者提...
商务部回应安世半导体问题:中荷... 封面新闻记者 粟裕 7月16日,商务部举行例行新闻发布会。会上,有记者提问,中国目前有何计划推动解决...
恒指收复25000点整数关 半... 今日(7月16日),港股市场表现强势,恒指和恒科收盘均涨超1%。 截至收盘,恒生指数报25008.6...
越亚半导体IPO过会,业绩增长... 北京商报讯(记者 马换换 李佳雪)7月16日晚间,深交所官网显示,珠海越亚半导体股份有限公司(以下简...
深夜!美存储芯片股,全线跳水! 存储板块个股集体大跌。 当地时间7月16日(周四),美国三大股指开盘涨跌互现,截至发稿,纳斯达克指数...