研究:當黑洞旋轉得足夠快會獲得新的能量
據外媒報導,黑洞獲得新的力量廣義相對論是一個極其複雜的數學理論,但它對黑洞的描述卻出奇地簡單。一個穩定的黑洞可以用三個屬性來描述:它的質量、它的電荷和它的旋轉或自旋。由於黑洞不太可能有太多的電荷,它實際上只需要兩個屬性。
如果你知道黑洞的質量和旋轉,你就知道了關於黑洞的一切。
這個性質通常會用“無毛定理”來概括。具體來說,該定理斷言,一旦物質落入黑洞剩下的唯一特徵就是質量。就廣義相對論而言,質量就是質量。在任何情況下,黑洞的視界都是平滑的,沒有額外的特徵。正如Jocob Bekenstein所說的那樣,黑洞沒有毛髮。
但儘管廣義相對論具有強大的預測能力,但它在量子理論方面存在一個問題。對於黑洞來說尤其如此。如果無毛定理是正確的,那麼當一個物體穿過視界時它內部的信息就被破壞了。量子理論認為,信息永遠不會被摧毀。所以有效的引力理論跟有效的量子理論存在矛盾的情況。這將導致諸如防火牆悖論等問題,即不能決定事件視界是熱的還是冷的。
為了解決這個矛盾,科學家們提出了好幾種理論,它們通常涉及到相對論的擴展。但標準相對論和這些修正的理論之間的區別只能在極端的情況下看到,這使得他們很難觀察研究。但發表在《Physical Review Letters》上的一篇論文展示瞭如何通過黑洞的旋轉來研究它們。
許多經過修正的相對論都有一個標準理論中沒有的額外參數。它被稱為無質量標量場,其允許愛因斯坦的模型以一種不矛盾的方式與量子理論聯繫起來。在這項新工作中,研究小組觀察了這種標量場是如何跟黑洞的旋轉聯繫在一起的。他們發現,在低自旋情況下,修正後的黑洞跟標準模型難以區分,但在高旋轉情況下,標量場允許黑洞具有額外的特徵。換言之,在這些替代模型中,快速旋轉的黑洞可以有毛髮。
旋轉黑洞的可怕一面只能在事件視界附近看到,但它們也會影響黑洞的合併。正如作者指出的那樣,未來的引力波天文台應該能利用快速旋轉的黑洞來確定廣義相對論的替代理論是否有效。
愛因斯坦的廣義相對論已經通過了迄今的所有觀測挑戰,但在宇宙中最極端的環境下它可能會崩潰。像最新的這項研究表明了人類如何能發現接下來的理論。