如果你認為常規再想想,因為物理學家第一次成功模擬了五維世界中黑洞會發生什麼,它們的行為方式可能會威脅到我們對宇宙如何運作的基本理解。
模擬表明,如果我們的宇宙是由五個或更多維度組成的——科學家一直在努力證實或反駁這一點——愛因斯坦的現代物理學的基礎是錯誤的。換句話說,五維黑洞的引力如此強烈,我們所知的物理定律將會崩潰。
這裡有很多東西需要你思考,所以讓我們從黑洞本身開始。在五維宇宙中,物理學家假設黑洞更像是非常薄的環而不是孔,隨著它們的演化,它們可以產生一系列“凸起”,隨著時間的推移,這些凸起變得越來越薄,並最終破裂在其他地方形成迷你黑洞。
這些環形黑洞(或“黑環”)於2002年首次提出,但直到現在,還沒有人能夠成功模擬它們的演化。這要歸功於英國劍橋大學的 COSMOS 超級計算機——歐洲最大的共享記憶體計算機,可以執行每秒 38.6 兆次計算。
劍橋大學
五維黑洞的問題在於,它們被認為是由「超重力環」組成,其中的引力非常強烈,會產生一種稱為「超重力環」的狀態。裸奇點。裸奇點是一件非常奇怪的事件,沒有人真正知道會發生什麼,除了奇點定律將不再適用。
愛因斯坦的廣義相對論是基於我們認為重力如何控制宇宙的行為。我們知道宇宙中的物質會扭曲周圍的時空結構,而這種扭曲效應就是我們所說的引力。既然是100年前首次提出,廣義相對論已經通過了每一項測試——我們在宇宙中觀察到的一切都遵循它的規定,但奇點可能會帶來一些問題。
在四維宇宙(其中第四維是時間)中,奇點被認為是一個點引力最強的地方——中心——被黑洞邊緣的事件視界包圍。
「只要奇點隱藏在事件視界後面,它們就不會造成麻煩,並且廣義相對論成立 -“宇宙審查猜想”說情況總是如此,”理論物理學家馬庫斯·庫內施說來自劍橋大學。 “只要宇宙審查猜想有效,我們就可以安全地預測黑洞之外的未來。”
但如果奇點可能存在於黑洞視界之外呢?當物理學家假設在五個或更多維度中,如果一個已經坍縮到無限密度(奇點)的物體不受事件視界的約束,它就會變成裸奇點,並且該物體內部和周圍的事物會變得如此瘋狂,我們我們需要徹底重新思考我們對物理原理的理解。整件事讓我真的很緊張。
“如果存在裸奇點,廣義相對論就會失效。”團隊成員之一說道,薩蘭·圖尼亞蘇烏納庫爾。 “如果廣義相對論失效,一切都會顛倒過來,因為它不再具有任何預測能力——它不能再被視為解釋宇宙的獨立理論。”
如果我們的宇宙只有四個維度,一切都很酷,環形黑洞和裸奇點都不是東西。但物理學家提出我們的宇宙可能由多達 11 個維度。問題是因為人類只能感知三種,我們能夠確認更多維度存在的唯一方法是透過大型強子對撞機等高能量實驗。
庫內施和他的團隊表示,他們已經接近超級電腦模擬的極限,但他們想弄清楚四維宇宙中是什麼使得裸奇點不可能出現,並且廣義相對論是正確的。 “如果宇宙審查制度在更高維度中不成立,那麼也許我們需要看看四維宇宙有何特別之處,這意味著它確實成立。”圖尼亞蘇瓦納庫爾說。
該研究發表於物理評論快報,有關這 11 個維度的更多信息,請聽理論物理學家 Michio Kaku 的報導: