新方程超越了爱因斯坦的广义相对论

时间：2021-08-03 13:52:12 来源：

黑洞中回路量子引力效应的艺术家描绘。图像的下半部分描绘了一个黑洞，根据广义相对论，该黑洞会捕获包括光在内的所有物体。循环量子引力理论是一种使用量子力学扩展了爱因斯坦广义相对论的理论，它克服了这种巨大的吸引力并释放了图像上半部分所示的所有内容，从而解决了黑洞奇点性的根本问题。照片

当恒星坍塌时，它们会产生黑洞，这些黑洞遍布整个宇宙，因此有待研究。黑洞是一个神秘物体，其外边缘称为事件视界，它会捕获包括光在内的所有物体。爱因斯坦的广义相对论理论预测，一旦一个物体落入事件视界内，它就会最终到达黑洞的中心，这个黑洞被称为奇点，并被完全压碎。在这一点上，引力是无限的，包括爱因斯坦理论在内的所有已知物理定律都将被破坏。在过去的几十年中，理论物理学家一直在质疑是否通过复杂的数学方程式确实存在奇异性，但迄今为止却几乎没有成功。路易斯安那州立大学物理与天文学系副教授Parampreet Singh和合作者宾夕法尼亚州立大学物理学博士LSU博士后研究员Javier Olmedo和Abhay Ashtekar开发了新的数学方程，超越了爱因斯坦的广义相对论，克服了其主要局限-中心的奇异性黑洞。这项研究最近发表在《物理评论快报》和《物理评论D》上，并得到了美国物理学会的编辑的强调。

理论物理学家在1990年代开发了一种称为环量子引力的理论，该理论将微观物理学或量子力学的定律与引力结合起来，从而解释了时空的动力学。Ashtekar，Olmedos和Singh的新方程式描述了回路量子引力中的黑洞，并表明不存在黑洞奇点。

“在爱因斯坦的理论中，时空是一种可以随意缩小的织物。这本质上是引力场变为无限的奇点的原因。在循环量子引力中，时空结构具有类似瓦片的结构，无法在最小的瓦片上固定。我和我的同事表明，黑洞内就是这种情况，因此没有奇异之处。”辛格说。

循环量子引力不是奇异，而是预测到时空另一个分支的漏斗。

“解决奇异性问题的这些类似瓦片的几何单位（称为'量子激发'）比我们今天使用的技术所能检测到的要小几个数量级，但是我们有精确的数学方程式可以预测它们的行为，”阿什特卡尔（Ashtekar）说道。环形量子引力的创始者之一。

辛格说：“在LSU，我们一直在开发最新的计算技术，以使用超级计算机提取这些物理方程式的物理结果，使我们更接近可靠地测试量子引力。”

爱因斯坦的理论不仅在黑洞的中心失效，而且还解释了宇宙是如何由“大爆炸”奇异性产生的。因此，十年前，阿什特卡尔（Ashtekar），辛格（Singh）和合作者开始将物理学扩展到大爆炸之外，并使用环量子引力进行新的预测。利用环量子引力的数学方程式和计算技术，他们表明“大爆炸”已被“大爆炸”所取代。但是，克服黑洞奇点的问题异常复杂。

“在我看来，量子引力论中黑洞的命运是理论物理学中最重要的问题，” LSU的霍勒斯·赫恩理论物理学教授若尔格·普林说，他不是这项研究的一部分。

这项研究得到了美国国家科学基金会，匹兹堡基金会的Urania Stott基金会，宾夕法尼亚州立大学埃伯里科学学院以及西班牙经济与竞争力部（MINECO）的支持。

刊物：

Kruskal黑洞的量子变形，物理评论信：https：//journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.241301Kruskal时空的量子扩展，物理评论D：https：//journals.aps.org /prd/abstract/10.1103/PhysRevD.98.126003

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