黑洞并不像我们想象的那样专一。事实证明,它们的量子行为为它们可怕的性格增加了一个新的、难以驾驭的维度。
在一项史无前例的发现中,英国物理学家发现黑洞对其环境施加量子压力。
我们知道黑洞是贪婪的宇宙怪物,在自然界的极端情况下运作。它们施加的引力是如此强大,以至于它们会吞噬任何靠近它们的东西,甚至是光。这个“不返回点”被称为视界(或者,用更专业的术语来说:史瓦西半径)。超过这一点,我们所理解的物理定律就会崩溃。
物理学家们长期以来一直用黑洞作为一种方法来探索已知事物的边缘——包括引力的量子性质,并不断探索爱因斯坦的广义相对论与量子力学之间的联系。
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1974年,斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)将我们对黑洞的理解提升到了一个新的水平,他提出了黑洞会发射热辐射的理论。具体来说,他预测了事件视界附近的相对论量子效应会导致黑洞辐射出热量。这意味着黑洞不是无限增长的——它们实际上也会失去质量,最终会蒸发。
现在,英国苏塞克斯大学的物理学家们发现,黑洞不仅会发射热辐射,还会对周围环境施加压力。
“我们发现史瓦西黑洞有压力和温度,考虑到这完全是一个惊喜,这更令人兴奋,”该论文的主要作者、物理学家泽维尔·卡尔梅特(Xavier Calmet)说发表在物理评论D.
Calmet和他的同事Folkert Kuipers在运行黑洞熵的量子引力修正方程(即黑洞如何随着时间的推移变得更加无序)时发现了这一现象。
一个额外的数字不断出现在他们的方程式中,他们很快意识到它表现为一个压强。进一步的计算表明,量子引力可能导致黑洞产生压力。
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卡尔梅特说,黑洞是研究量子力学、重力和热力学之间联系的理想实验室。
他解释说:“如果你只考虑广义相对论中的黑洞,你可以证明它们的中心有一个奇点,在那里,我们所知道的它们的物理定律必然会崩溃。”“希望当量子场论被纳入广义相对论时,我们可能能够找到黑洞的新描述。”
这项新研究是朝这个方向迈出的一步。黑洞施加的压力很小,但这是另一个线索,将帮助物理学家理解黑洞的真正量子性质。