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弦理论能解释黑洞奇点处的物理现象吗?

时间:2019-01-24 23:39:47

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弦理论能解释黑洞奇点处的物理现象吗?

事实上,弦理论的一个主要名声是他们对黑洞的更合理的处理。主要是通过消除奇点。

这里最大的建议是,事件视界内的整个区域都充满了他们所称的“模糊球”——退化(塌陷)物质的最终状态,它不能再塌陷下去。没有奇点。

阅读百科上的模糊球概念,或者这篇关于模糊球“解决”信息悖论和其他臭名昭著的黑洞问题的简单文章。

模糊球有多密?它的中心可能接近“普朗克密度”(基本上是QM中的“最大”密度),但它的密度仍然比奇点小得多。

模糊球思想避开了“信息悖论”和其他黑洞问题/怪诞,如无限密度、时间倒流、黑洞“在我们的宇宙之外”、空间维度变成时间维度等。模糊球只是漂浮在空间中的一团超致密物质,碰巧也有几乎任何东西都不能逃脱的引力。模糊球没有“真实”的事件视界,也不需要处理信息丢失或无限时间膨胀的问题(困扰其他理论的问题)。

图示:黑洞

免责声明:弦理论完全是理论上的;目前还没有确凿的证据来证明或反驳它。

对奇点的抛弃:

黑洞中心的“奇点”(体积为零、密度为无穷大的物体)这一古老概念在科学记者和科幻节目中仍然很流行,但大多数物理学家从未认真对待过。这个想法甚至被爱因斯坦自己(这个想法来自他的理论)拒绝了。奇点通常被视为理论中预测它们的错误:理论做出无意义预测(例如无限值)的点,并且通常自相矛盾。即使是这些理论的创造者也将奇点视为理论中的错误,而不是实际的科学主张。

最著名的奇点是来自爱因斯坦广义相对论的黑洞奇点。但是爱因斯坦自己拒绝承认这种奇点是他自己理论中的一个错误。

奇点的出现并不是因为物质不能任意集中。这是一个事实,否则,构成的粒子将达到光速。

所以这个奇点代表了广义相对论自相矛盾的一点,爱因斯坦警告我们不要在那里使用GR。“物理定律在奇点处崩溃”这句话来源于广义相对论的自相矛盾之处。(请注意,这里唯一会崩溃的是我们的理论,而不是实际运行宇宙的定律。)弦理论是唯一一个甚至有可能猜测黑洞内部的真实情况主要理论,(例如“模糊球”)。

量子力学(广义相对论的主要“竞争对手”和弦理论之父)也反对奇点。来自黑洞-维基百科:

广义相对论中奇点的出现通常被认为是理论崩溃的信号。然而,这种崩溃是可以预测的;它发生在量子效应应该描述这些作用的情况下,因为密度极高,因此粒子相互作用。迄今为止,还没有可能将量子和引力效应结合到一个单一的理论中,尽管存在试图制定这样一个量子引力理论的尝试。一般认为这样的理论不会出现任何奇异点。

从堕落的物质-百科:

……没有量子力学的广义相对论模型,所有的物质都在事件视界的中心以无限密集的奇点结尾。量子力学的一个普遍结果是,任何物体都不能被限制在小于其自身波长的空间中,使得这种奇点成为不可能,但我们没有一个将广义相对论和量子力学充分结合起来的理论来告诉我们黑洞内部的结构可能是什么。

如果有任何弦理论专家能回答这个问题,我会很感兴趣的。我不是一个真正的弦理论家,但我试着在某种程度上了解弦。

首先,据我所知,弦理论学家们试图建立至少一些关于黑洞的模型,特别是霍金辐射和熵,但却无法建立物理模型(如现实中的3+1维和施瓦西)黑洞——当他们声称获得了关于“黑洞”的“结果”时,实际上他们已经得到了关于更高维度物体或最多所谓“极端”黑洞的结果,然后希望或假装这些结果以某种方式传递他们无法解决的3+1维黑洞的有关信息。此外,所有这些研究都远离奇点,因此不会影响你的问题。

第二,直觉上,人们可能希望弦可以改善施瓦西黑洞内奇点的情况。怎么“改善”?好吧,它也许可以“平滑”出来,所以它不再是一个点奇点,而是一个大小相当于1普朗克长度的物体。或者:它可能仍然是一个奇点,但不是那么严格的奇点。在这两种情况下,我都想用数学来描述我们所说的到底是怎么一回事。

注意,在这两个选项中有很多选项。例如,可以想象的是,黑洞的内部收缩为一个奇点,但在普朗克尺度下,然后“再次膨胀”,形成一个拥有自己的“大爆炸”的“新宇宙”,这一切都可能是没有奇点的。这一切都是一个美好的幻想,目前几乎没有任何支持……我只是说,如果弦真的废除了施瓦西中心奇点,这是许多可能的方法之一。

图示:猜想的可能奇点状态

看到这一切被解决应该是很有趣的。但我没有看到,我不知道有谁会看到这一结果。我仍然希望看到为实现这一目标所作的努力。

注:一个普朗克长度:10个太阳质量,如果压缩到普朗克密度,将形成一个半径约为10^-22米的欧几里德球,也就是欧洲核子研究中心的大型强子对撞机“可见”的最小物体的大小。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3.西伯利亚注视着星空的小狼狗-quora

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