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新的方程超越了爱因斯坦的广义相对论

归档日期:05-27       文本归类:二元预解式      文章编辑:爱尚语录

  艺术家描绘了黑洞中的量子引力效应。图像的下半部分描绘了黑洞,根据广义相对论,黑洞捕捉一切事物,包括光。利用量子力学扩展爱因斯坦广义相对论的环量子引力理论克服了这种巨大的拉力,解放了图像上半部分所显示的一切,从而解决了黑洞奇异性的基本问题。

  当恒星崩溃时,它们会产生黑洞,这些黑洞遍布整个宇宙,因此需要研究。黑洞是一种神秘的物体,其外部边缘被称为事件视界,它能捕捉一切事物,包括光。爱因斯坦的广义相对论预测,一旦一个物体落在一个事件视界内,它就会落在黑洞叫做奇点,它被完全压碎了。在这个奇异点上,引力是无限的,所有已知的物理定律都会分解,包括爱因斯坦的理论。在过去的几十年里,理论物理学家一直在质疑奇点是否真的存在于复杂的数学方程中,到目前为止几乎没有成功。LSU物理和天文学系副教授帕拉普瑞特·辛格和合作者LSU博士后研究员哈维尔奥尔梅多和阿贝·阿希提卡,宾夕法尼亚州立大学的埃伯利物理学教授开发了新的数学方程式,超越了爱因斯坦的广义相对论,克服了它的关键局限性-黑洞的中心奇异性。这项研究最近发表在“物理评论快报”和“物理评论D”上,并被美国物理学会的编辑所强调。

  20世纪90年代,理论物理学家发展出了一种称为环形量子引力的理论,它将微观物理定律或量子力学定律与引力结合起来,解释了时空的动力学。·阿希提卡,奥尔梅多和辛格的新方程描述了量子引力回路中的黑洞,并证明了黑洞的奇异性不存在。

  “在爱因斯坦的理论中,时空是一种结构,我们可以把它分割得很小。这本质上是引力场变得无限的奇异性的原因。在环形量子引力中,时空结构有一个类似瓷砖的结构,它不能在最小的瓦片之外被分割。我和我的同事已经证明了黑洞内部是这样的,因此没有奇点。“辛格说。

  “这些像瓷砖一样的几何单位-被称为量子激发-解决了奇异性问题,比我们用今天的技术所能探测到的要小数量级,但我们有精确的数学方程来预测它们的行为,”阿什泰卡说。他是环量子引力的创始人之一。

  物理结果,使我们更接近于可靠地测试量子引力。”辛格说:“在LSU,我们一直在开发最先进的计算技术,利用超级计算机提取这些物理方程的物理结果,使我们更接近于可靠地测试量子引力。”

  爱因斯坦的理论不仅无法解释黑洞的中心,而且也无法解释宇宙是如何从大爆炸奇点。因此,十年前,·阿希提卡,辛格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。利用循环量子引力的数学方程和计算技术,他们发现大爆炸被“大反弹”所取代。但是,克服黑洞奇异性的问题非常复杂。

  “在我看来,黑洞在引力量子理论中的命运是理论物理学中最重要的问题,”LSU霍拉斯·赫恩(Horace Hearne)理论物理学教授豪尔赫·普林(Jorge Pullin)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、匹兹堡基金会的乌兰尼亚斯托特基金、宾州伊利科学学院以及西班牙经济和竞争力部的支持。

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