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黑洞不一定是三维的或为二维全息图 宇宙全息假说不谋而合
黑洞不一定是三维的或为二维全息图 宇宙全息假说不谋而合
2016/6/5 22:21:14 | 浏览:1373 | 评论:0

黑洞不一定是三维的或为二维全息图 宇宙全息假说不谋而合

黑洞也许不像许多科学家以为的那样,是一个三维结构,而是一个二维的全息投影图。

黑洞不一定是三维的或为二维全息图 宇宙全息假说不谋而合

黑洞也许不像许多科学家以为的那样,是一个三维结构,而是一个二维的全息投影图。

黑洞可以说是宇宙中最神秘的天体了,因为它们的引力强大到连光都无法逃脱。但一项最新研究显示,黑洞也许只是一个二维全息图而已。理论物理学家研究出了一种对黑洞事件边界之外的混乱状态进行估算的新方法,进而提出了上述观点。

他们的计算显示,虽然这些强大的天体看似有三个维度,但它们事实上也许只是一个二维的投射图像。他们的研究结果与“宇宙全息假说”理论不谋而合。该理论认为宇宙也许是一个二维的平面,只是我们看不到而已。所有落入黑洞中的物体都会被完全包含在这个平面中。研究人员认为,他们的研究可以帮助科学家以全新的视角研究黑洞中的引力状态。

慕尼黑普朗克理论物理研究所的一名物理学家达妮埃尔·普兰泽蒂(Daniele Pranzetti)表示:“与此前的研究工作相比,我们这次使用的模型更加完整,内容更加丰富,得到的结果也更具有现实意义。让我们解决了之前计算中出现的一些模糊不清的问题。”

为了更好地开展计算工作,研究人员利用了一种名叫量子引力的现象来分析黑洞中的熵(即混乱程度)。此前由史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)等科学家开展的研究工作显示,黑洞的熵与其面积成正比,和体积无关。

量子引力理论假定时空的结构由量子构成,在量子这么小的尺度上研究引力产生的效应。研究人员开展了一系列计算,对凝聚态的量子具有的引力效应进行了研究。这可以为科学家提供一种新的建模方法,根据黑洞产生的引力效应来分析黑洞的内部情况。

普兰泽蒂博士还补充说,他们的研究结果与宇宙全息假说相一致。这意味着,理解黑洞结构所需的全部信息实际上全都包含在了一个二维平面中,物理学家只需要弄清怎么翻译这些信息就行了。(叶子)

 

霍金:黑洞并非永恒 监狱仍有逃生可能

据英国每日邮报报道,如果你觉得自己被困在黑洞里,别担心,你或许可以逃出这毁灭性深渊的魔爪。去年,世界著名的物理学家斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)表示,黑洞可能并不是人们所以为的“永恒的监狱”,数据或可能可以从中逃出。现在在一篇同行评审的文章里,霍金进一步扩展了这一理论,并证实了这个问题的答案在于位于黑洞视界上的名为“柔软毛发”(“soft hair”)的零能量粒子。

这篇文章挑战了一个传统假设,也即任何落入黑洞的物体都将永远丢失,这一最新理论将帮助我们更好的理解黑洞,后者是宇宙里最神秘的天体之一。尤其值得一提的是,霍金还发现了一种“可以取回落入黑洞的信息”的机制。

今年一月,当霍金告诉全世界他发现了黑洞“信息悖论”的一个可能解决办法时,他又上了各大新闻头版头条。他提出了一种潜在的解释黑洞是如何同时抹去和保留信息的。这篇文章被发表在预印本网站arXiv上,从而方便整个物理届的科学家们检查他的工作。这一假设现在已经被同行评审并发表在期刊《天体物理学快报》上。

“黑洞并不是人们以为的永恒监狱,”据纽约时报表示,霍金在美国哈佛大学的一堂课上这样说道。“如果你觉得自己困于黑洞,别放弃,总会有路逃出来的。”

在20世纪70年代,霍金提出黑洞可以辐射粒子,而这个过程中所丢失的能量会导致黑洞缩小最终消失。去年,他修改了这一理论,表示黑洞事实上是“灰色的”,灰洞理论认为物质和能量会被围困一段时间,但最终会被释放至太空。然而,在此之前人们并不太理解这种释放信息的机制。最新的文章拓展了这一理论——它提供了对这一理论的解释:

这一理论表明位于黑洞视界,也即黑洞边界的粒子主要是由光子和引力子组成,两者分别是光和引力能量的亚原子粒子。

这些低能量,甚至零能量的量子粒子堆积在黑洞边缘,它能够捕获和储存从落入黑洞的粒子里获得的信息。这意味着虽然落入黑洞的粒子可能消失,但它们的信息将继续存在视界边缘的这些量子粒子上。

霍金将信息的回归比作燃烧掉的百科全书,虽然严格来说信息并没有完全丢失,但要解读它却异常困难。研究人员表示,虽然还有很多工作需要进行,但这是朝解决“信息悖论”迈出的重要一步,信息悖论吸引了霍金教授和其它科学家们几十年。

在今年年初美国科普杂志科学美国人的采访中,研究合作作者之一、美国哈佛大学理论物理学家安德鲁·斯特罗明格(Andrew Strominger)教授说道:“我们展示了当一颗粒子落入黑洞,它给黑洞增加一个柔软的光子,所以它给黑洞添加了一根毛发。更一般的情况是,如果一颗粒子落入黑洞——因为所有的粒子都携带质量也受到引力——它也会添加一个柔软的引力子,所以就相当有某种记录设备。这种柔软的光子和引力子记录了落入黑洞的物质的信息——这种机制所记录的信息远比我们之前预想的多得多。非常重要的一点在于,这篇文章并没有解决黑洞信息问题,”美国加州大学圣芭芭拉分校的物理学家加里·霍洛维茨(Gary Horowitz)在一篇评论文章中这样写道。

“首先,必须针对引力重新进行分析,而非仅仅针对电磁场。作者目前正在努力完成这一任务,他们的最初计算表明,对纯粹引力场的分析的结果可能与电磁场的非常相似。” 霍洛维茨补充说道。“更重要的是,它们引入的这种柔软毛发可能不足以捕捉有关落入黑洞的物质的所有信息。”至于黑洞吞噬的所有信息是否都可以转移到柔软毛发上,还是它只是所有丢失物质的能量信号,目前还不清楚。但他承认:“沿着这项研究的道路,进一步的调查将揭示这种毛发的类型,甚至可能最终帮助解决黑洞信息问题。”(艾米丽)

欧航局成功验证引力波太空探测关键技术

总部位于巴黎的欧洲航天局7日宣布,数月前发射升空的“LISA探路者”探测器,已成功验证了在太空探测引力波的关键技术。 去年12月3日,作为欧航局引力波太空探测计划的前期任务,“LISA探路者”探测器由一枚“织女星”运载火箭发射升空,并于今年1月底抵达距离地球150万公里的目标轨道,围绕太阳和地球连线延长线上的“拉格朗日点”飞行。

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而它的科学探测之旅则从3月正式开始。

“LISA探路者”探测器内带有两个质量为2千克、边长4.6厘米的金铂合金立方体。科学家希望通过观测这两个处于自由落体状态且彼此相距38厘米的立方体在运动中相对位置的变化,以证明引力波的存在。

为证明引力波的存在,探测器在轨道飞行过程中不能够与这两个立方体相触碰,不被任何外力干扰。为达到理想的探测状态,研究人员首先对探测器内部的零件进行了极为精确的设计配重,平衡两个立方体所受探测器本身的引力。

“LISA探路者”还要抵达拉格朗日点。拉格朗日点又叫平动点,探测器在这一位置受到的地球引力和太阳引力互相平衡,不受外力干扰。探测器内部的电极能随时探测两个金铂合金立方体及探测器本身的位置,可以随时启动多个推进器调整探测器的飞行,让两个立方体保持在完全不受干扰的自由落体状态。

研究人员在7日出版的美国著名物理学期刊《物理评论快报》上报告说,最初两个月的实验数据显示,“LISA探路者”探测器内的两个金铂合金立方体几乎保持了静止,且两者的相对加速度甚至不及地球引力的1万兆分之一(一个重力加速度的10的负16次方)。这一精确度比预期水平高出5倍,充分证明所测试的技术能够满足在太空中建立引力波天文台的要求。

“LISA探路者”只是欧航局引力波探测计划的前期任务,用于演示和验证相关技术。正式的“激光干涉仪空间天线进阶计划”将于2034年启动,由彼此相距100万公里、构成等边三角形结构的三个探测器组成。

一个世纪前,爱因斯坦发表的广义相对论从理论上预言了引力波的存在,认为它产生于大质量天体加速、碰撞或者黑洞合并等天体事件。引力波被视为宇宙中的“时空涟漪”,如同石头丢进水里产生的波纹一样。多年来,如何通过科学观测设备直接证明引力波的存在一直是科学家们努力攻克的难题。今年2月11日,美国科学家宣布利用“激光干涉引力波天文台(LIGO)”成功于2015年9月14日首次直接探测到引力波信号,创造了物理学发展史上具有里程碑意义的重要成果。

与建造在地面的LIGO引力波探测器不同,欧航局计划将实验的背景转移到太空当中,致力于追踪黑洞合并或其他剧烈天体事件发生时产生的引力波。欧航局解释说,超大质量黑洞合并等天体事件往往会产生波段在0.1兆赫(0.1mHz)到1赫兹(Hz)之间的低频段引力波,要追踪到这种低频引力波信号,探测装置必须有能力测量出相距数百万公里的物体之间相对位置出现的极其细微的波动。由于地球上存在地震噪声、热噪声等因素的干扰,根本无法完成对低频引力波信号的捕捉,这一切只能在太空中实现。  

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