最近對兩個黑洞以接近光速碰撞的模擬，揭示了被一位天體物理學家稱為”你能想像到的宇宙中最暴力的事件之一”背後的神秘物理學。製作這些模擬的約翰-霍普金斯大學博士後托馬斯-海爾弗說：”在非常接近光速的情況下正面轟擊兩個黑洞，這是一件有點瘋狂的事情。與碰撞相關的引力波可能看起來很反常，但這是你能想像到的宇宙中最激烈的事件之一。”

發表在《物理評論快報》上的這一發現，是對這種災難性衝突的後果的首次詳細觀察，並顯示了殘餘黑洞將如何形成並通過宇宙發送引力波。

黑洞合併是宇宙中為數不多的事件之一，其能量足以產生可探測的引力波，引力波攜帶著大規模宇宙碰撞產生的能量。就像池塘里的漣漪，這些波在宇宙中流動，扭曲了空間和時間。但與在水中流動的波不同，它們極其微小，並在”時空”中傳播。”時空”是一個令人費解的概念，它將空間的三個維度與時間的概念相結合。

模擬顯示了兩個黑洞在接近光速時的碰撞，揭示了一個天體物理學家稱之為”你能想像到的宇宙中最猛烈的事件之一”的神秘物理學。這項工作是對這種災難性碰撞的後果的首次詳細觀察，並顯示了一個殘餘黑洞將如何形成，並在宇宙中發出引力波。

“如果一個引力波穿過我，它會讓我變得更瘦更高，然後更矮更胖，”共同作者、約翰霍普金斯大學的物理學家Emanuele Berti說。”但它所做的量大約比原子核的大小小10萬倍。”

物理學家們通過簡化廣義相對論-愛因斯坦的引力作用理論來研究黑洞合併後發出的電波，使用的方程忽略了合併的微妙但重要的引力效應。Berti認為這種方法是有偏見的，因為它依賴於”線性近似”，即假設合併過程中產生的引力波是弱的。

儘管黑洞以如此極端的速度碰撞幾乎是不可能的，但模擬這樣的碰撞產生的信號足以讓研究小組檢測到非線性，或用簡化版的理論無法發現的引力效應。這些發現表明，不能用線性化的方程來研究黑洞合併，目前這些事件的模型需要進行調整，如果不是完全改變的話。

領導這項研究的約翰霍普金斯大學物理學博士生Mark Ho-Yeuk Cheung說：”廣義相對論是非線性的，這意味著引力波本身也會產生更多引力波。”

該研究小組還通過分析兩個黑洞在相互繞行後合併的模擬結果發現了這些所謂的非線性，這種情況更真實地代表了宇宙中發生的情況。加州理工學院的一個獨立研究小組對相同模擬的研究，也出現在《物理評論快報》上，並發現了類似的結果。

“這是一個大問題，因為如果我們真的想了解黑洞，我們不能忘記這些複雜的問題，”張說。”愛因斯坦的理論是一頭野獸；方程式真的很複雜。”