数学上的新研究证明了量子效应阻止了黑洞的形成

UNC-教堂山的Laura Mersini-Houghton的新研究从数学上证明了量子效应足够强大，可以阻止黑洞的形成，从而开启了关于宇宙起源的新一轮讨论。

从“星际迷航”到好莱坞，黑洞一直吸引着公众的想象，并成为了流行文化的主题。它们是终极未知的物体–宇宙中最黑，最稠密的物体甚至不让光逃逸。

好像它们一开始还不够怪异，现在将其添加到组合中：它们不存在。

通过合并两个看似矛盾的理论，艺术与科学学院UNC教堂山分校的物理学教授劳拉·梅西尼·霍顿从数学上证明了黑洞永远不会出现。这项工作不仅迫使科学家重新构想时空的结构，而且还重新思考了宇宙的起源。

“我仍然没有感到震惊，”梅西尼-霍顿说。“我们研究这个问题已有50多年了，这种解决方案使我们有很多思考的机会。”

几十年来，人们一直认为，当一颗巨大的恒星在自身引力作用下坍塌到一个空间点时，就会形成黑洞-想象地球被压成一个花生大小的球-称为奇点。故事就这样结束了，一个称为事件视界的无形膜围绕着奇点，越过这个视界意味着您再也回不去了。黑洞的引力是如此之强，以至于没有人能逃脱它。

黑洞之所以如此怪异，是因为它使宇宙的两个基本理论相互抵触。爱因斯坦的引力理论预测了黑洞的形成，但是量子理论的基本定律指出，宇宙中的任何信息都不会消失。将这两种理论结合起来的努力导致了数学上的胡说八道，并被称为信息丢失悖论。

1974年，史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）使用量子力学证明黑洞发出辐射。自那时以来，科学家们已经在宇宙中检测到与这种辐射一致的指纹，从而识别出了越来越多的宇宙黑洞。

但是现在，梅西尼·霍顿（Mersini-Houghton）描述了一种全新的情况。她和霍金都同意，恒星在自身引力作用下坍塌时，会产生霍金辐射。但是，梅尔西尼-霍顿（Mersini-Houghton）在她的新作品中表明，通过释放这种辐射，这颗恒星也脱落了质量。如此之大，以至于它在收缩时不再具有成为黑洞的密度。

在黑洞形成之前，垂死的恒星最后一次膨胀，然后爆炸。奇异性永远不会形成，事件范围也不会形成。她的工作带回家的信息很清楚：没有黑洞之类的东西。

该论文最近提交给ArXiv，这是一个在线物理学论文存储库，未经同行评审，该论文提供了针对此问题的精确数值解决方案，并与多伦多大学数值相对论专家Harald Peiffer合作完成。由Mersini-Houghton撰写的较早的一篇论文最初发表于6月的ArXiv，已发表在Physics Letters B期刊上，并提供了对该问题的近似解决方案。

有一天的实验证据可能为宇宙中是否存在黑洞提供了物理证据。但就目前而言，梅尔西尼-霍顿说，数学是结论性的。

许多物理学家和天文学家认为，我们的宇宙起源于随着宇宙大爆炸而开始扩展的奇异性。但是，如果不存在奇点，那么物理学家就必须重新考虑他们对“大爆炸”的概念以及它是否曾经发生过。

“物理学家几十年来一直在尝试将爱因斯坦的引力理论和量子力学这两种理论融合在一起，但是这种情况使这两种理论融为一体，”梅尔西尼-霍顿说。“那很重要。”

出版物：劳拉·梅西尼·霍顿（Laura Mersini-Houghton），“在引力塌陷的恒星上霍金辐射的后反应I：黑洞？”，《物理快报B》，2014年，DOI：10.1016 / j.physletb.2014.09.018

PDF研究副本：

引力坍缩的恒星上霍金辐射的后反应I：黑洞：霍金辐射通量在引力坍缩的恒星II上的后反应：用Fireworks代替防火墙

图像：北卡罗来纳大学教堂山分校