物理学家预测: 裸奇点可以实际存在于三维宇宙中

文 / 话一全
2017-07-08 10:10

物理学家第一次证明,像我们这样三维空间的宇宙实际上可以承载一个明显的裸奇点,裸奇点是一个非藏激烈的事件,物理学的规律会在这里崩解。

迄今为止,研究者们只能将裸奇点放置在五维宇宙中,但是通过证明它们理论上可以在三个空间维度上存在,这些物理学家已经发现了一些可能挑战爱因斯坦的广义相对论的东西。

如果你不熟悉裸奇点,把它们想象成一个黑洞,里面被翻了出来。如果你能把黑洞里面所有的奇怪的东西都拿出来,并把它们暴露在宇宙中,这就是我们在这里谈论的裸奇点。

在我们的宇宙中,没有人发现过一个裸奇点现象,但这些假想空间的地区预计会在巨大恒星的生命最后崩溃时形成,从而产生无限的密度,这种无线密度是我们的物理定律不能处理的东西。

如果一个黑洞的难以想象的暴力中心点可能发生在开放的空间,有人会不得不解释为什么广义相对论不再适用。

如果这样的事情存在,裸奇点将是现实结构中的一个突破性的洞穴,不仅会扭曲时空,而且还会对物理学的规律造成破坏,导致灾难性的可预测性损失。

几十年来,物理学家认为,因为所谓的“宇宙监察假设”,黑洞及其神秘的内在奇异点可能与爱因斯坦的广义相对论一致。

宇宙监察假设的基本思想是,每当宇宙中形成奇点时,它总是被隐藏在黑洞的视界之后,这意味着黑洞周围物理学的定律可以继续正常运行。

如果是真的,宇宙监察意味着在黑洞之外,这些奇异点对任何事物都没有可测量的影响,广义相对论的预测仍然有效。

最近,五维宇宙的数学模拟已经预测出了裸奇点的存在,将“宇宙监察假设”的想法抛在窗外。这并不太坏,我们甚至从来没有发现过另一个宇宙,特别是五维度的宇宙,所以广义相对论可以继续存在。

除了这些,英国剑桥大学的物理学家托比·克里斯福德和豪尔赫·桑托斯也模拟了一个与我们自己的维度相同的宇宙,而且它也可以承载裸奇点。

要明确的是,他们并没有说他们在我们的宇宙中模拟了一个裸奇点,他们模拟的宇宙有三个空间维度和像我们时间一样的维度,但是它有一个完全不一样的形状。

虽然我们的宇宙被认为是相当平坦的,但克里斯福德和桑托斯的宇宙是“马鞍形”。广义相对论允许存在许多不同形状的宇宙,与一个特定类型的弯曲宇宙成对,被称为反德西特空间(Anti-de Sitter space),如下所示:

这个鞍形宇宙的一个特殊特征是没有返回点,其中光实际上反射回到自身上。 这有点像把时空放到一个盒子里,在这个盒子的墙上,物理学家们能够强迫一个奇点的形成。

那对我们来说意味着什么呢?

好消息是,没有人能够证明我们的宇宙中存在着裸奇点,因为黑洞非常的糟糕,可以想象那些没有事件视界的灾难性死亡陷阱。

但是通过证明,在像我们这样的三维空间的宇宙中,实际上可能存在着裸奇点。克里斯福德和桑托斯有一个有希望的新设置,为我们找到量子引力,可以将广义相对论与量子力学相结合,成为一种普遍的“万物理论”。

桑托斯说:“如果我们在模拟中包含带电粒子,我们看到的裸奇点可能会消失,这是我们正在研究的事情。如果是真的,它可能意味着宇宙监察假设和弱引力猜想之间的联系,弱引力猜想认为任何一致的量子引力理论必须包含足够的带电粒子。在反德西特空间,宇宙监察假设可能会被弱引力猜想拯救。”

这是令人头痛的东西,但如果怪异的裸奇点可以帮助我们最终填补现代物理学的空白,我们很高兴它们存在。