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向黑洞投擲”軸子炸彈”可能打破物理學的基本規律

向黑洞投擲”軸子炸彈”可能打破物理學的基本規律

2021-07-01 Comments 0 Comment

新的研究表明,電荷守恆的基本定律在黑洞附近是如何被打破的。奇點,如黑洞中心的奇點,密度變得無限大,經常被說成是物理學”崩潰”的地方。然而,這並不意味著任何事情都可能發生,物理學家們對哪些定律可能被打破,以及如何打破感興趣。

Primitive-Central-Black-Dot-Supermassive-Black-Hole-scaled.jpg

現在,來自倫敦帝國學院、科克洛夫特研究所和蘭卡斯特大學的一個研究小組提出了一種方法,即奇點可能違反電荷守恆定律。他們的理論發表在《物理學年鑑》上。

共同作者、來自帝國理工學院物理系的馬丁·麥考爾教授說。”‘物理學在奇點分解’是流行物理學中最著名的聲明之一。但通過展示這種情況如何實際發生,我們瞄準了物理學中最珍貴的定律之一:電荷守恆。”電荷守恆定律認為,任何孤立系統的總電荷,包括整個宇宙都永遠不會改變。這意味著,如果帶負電或正電的粒子進入一個區域,同樣數量的分別帶電的粒子必須移出。

Coupled-Axion-and-Electromagnetic-Field.jpg

這一點已經在最小的尺度上得到了證明:當不同的粒子在大型強子對撞機等實驗中被創造或消除時,總是有相同數量的負電荷和正電荷粒子被分別產生或銷毀。

現在,通過修改經典物理學方程以包括軸子–暗物質的候選者,該團隊已經能夠表明,暫時的奇點–例如出現後又蒸發的黑洞–在其壽命結束時可以銷毀電荷。

軸子是可能解釋暗物質的假想粒子–宇宙中”失踪”的85%的物質。它們的預測特性可以形成一個場,與物理學家們幾個世紀以來所知道的那種場–電磁場–相互作用,電磁場由一套稱為麥克斯韋方程的方程式描述。

利用數學的一個分支,即微分幾何學,該小組發現瞭如何創造或破壞電荷,違反了宇宙的電荷守恆。

共同作者、蘭開斯特大學物理系的喬納森-格拉圖斯博士說。”你可以想像創造一個’軸子炸彈’,通過結合耦合的軸子和電磁場來保持電荷;然後把它扔進一個蒸發的黑洞。當這個建築收縮並消失在奇點中時,它就會帶走電荷。 正是臨時奇點和新提出的軸子場類型的結合對其成功至關重要”。

共同作者、來自帝國理工學院物理系的保羅-金斯勒博士說。”這也有哲學意義。雖然人們經常喜歡說物理學’崩潰’,但在這裡我們表明,雖然奇異現象可能會發生,但實際發生的事情還是受到奇點周圍仍然有效的物理學定律的製約。”

該團隊表示,軸子現像只會在極端條件下發生,目前在實驗室中無法創建,但未來在強激光領域的進展可能會使該理論在陸地環境中得到測試。

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