“奇異緻密天體”可能顛覆廣義相對論
2021年05月08日09:39

  在宇宙深處,奇特的類黑洞天體可能存在,它們能夠重新定義我們所知的物理學定律,最新研究推測稱,在未來幾年內,地球陸基引力波觀測站可能發現這些假設的奇異天體,它們被稱為“奇異緻密天體”。

  美國激光干涉引力波天文台(LIGO)和歐洲室女座引力波天文台(Virgo)是為了捕捉黑洞和中子星等大質量天體碰撞時產生時空輻射漣漪而建造的,然而,科學家在觀測過程中卻獲得了意想不到的發現。

  巴西聖保羅聯邦大學物理學博士生路伊斯·朗格說:“我們無法簡單臆測天體所在位置區域,多年以來,研究人員一直猜想奇異緻密天體存在的可能性,並試圖能否使用引力波探測器探測到它。”

  奇異緻密天體包括各種不同的理論天體,其中一種可能性是引力星,它看起來與普通黑洞十分類似,但會充滿暗能量,暗能量是一種導致宇宙加速膨脹的神秘物質。另一種可能潛伏在宇宙中的緻密天體是“毛毛球結構”,它是弦理論中單維度類似黑洞的結狀天體,目前弦理論試圖統一和取代科學家已認可的物理理論。

  朗格稱,與黑洞不同的是,奇異緻密天體不會存在叫做事件視界的區域,依據著名科學家愛因斯坦的相對論,事件視界是一個環繞黑洞的球體區域,超越這個球體區域,任何物質的太空旅行都變成單向,物質可以滑入事件視界,但沒有任何事物能從事件視界中逃逸出來,甚至光線都不能。

  但是科學家知道未來有一天愛因斯坦的相對論將被推翻,儘管相對論在描述引力和大質量宇宙天體方面非常成功,但它對亞原子粒子行為卻無法干預,為此,物理學家開始轉向量子力學,進行深入研究分析。

  人們希望最終能有一個取代相對論的量子力學理論,奇異緻密天體類似於黑洞,但缺少事件視界,目前這項最新研究將提供重要信息,來構建這個未來理論。

  朗格說:“這項最新研究結果將與愛因斯坦的廣義相對論產生分歧,因為它不會給出廣義相對論的一個關鍵性預測,這裏指的是事件視界,從這個意義上講,我們是在檢驗愛因斯坦的萬有引力理論。當兩個黑洞碰撞發生合併時,它們互相旋轉,扭曲時空併發出引力波,事件視界會防止額外的引力波向外逃逸。”

  但由於奇異緻密天體缺乏事件視界,一些引力波可能會向內落入奇異緻密天體中心,然後開始反彈,產生向外泄漏的引力回聲。朗格補充稱,這些引力回聲對於激光干涉引力波天文台和室女座引力波天文台而言太微弱,目前還無法探測到,但目前這些設備正在進行技術升級,以提高其勘測靈敏度,日本的神岡引力波探測器(KAGRA)現已加入該行列,並於2020年投入使用。

  朗格和同事計算顯示,在引力波探測器的下一次觀測運行中(計劃於2022年夏季開始),激光干涉引力波天文台及其同類設備的靈敏度完全可以接收到來自1-2個奇異緻密天體的信號(如果奇異緻密天體真實存在的話)。4月19日,朗格在4月份召開的美國物理學會上公佈了這項最新研究報告。

  其他研究人員也迫切想知道這種情況是否會在不久的將來發生,葡萄牙里斯本理工大學物理學家維托爾·卡多蘇表示,現在看來,這就像是一部科幻小說,它很快就會從科幻小說變成大家公認的科學事實!

  如果奇異緻密天體不僅僅是一種推測,卡多蘇一定會很興奮,他說:“我們討厭看到無聊的科學,我們希望證實一些富有挑戰性的科學推測。”

  然而,他補充指出,即使激光干涉引力波天文台探測到引力回聲,科學界也可能需要很長時間才能證實這些假設理論。如果引力天文台能發現一些關於奇異緻密天體的證據,朗格也會非常欣喜,他說:“這將是顛覆廣義相對論的第一個跡象,這也將是一個巨大的科學突破,令人感到興奮!”(葉傾城)

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