理論物理學家為現代物理學中最令人費解的問題之一提出了一個潛在的解決方案：奇點悖論。通過修改愛因斯坦的廣義理論研究人員在一項新研究中提出，具有無限曲率的黑洞中心可以被高度彎曲但規則的時空區域取代。
研究合著者表示：“奇點是宇宙中空間、時間和物質被壓碎並拉伸至不存在的區域。”羅比·亨尼格英國杜倫大學的博士後研究員通過電子郵件告訴《Live Science》。 “這是一個非常嚴重的問題，如果奇點真的存在於我們的宇宙中，那對科學來說將是災難性的。
糾正愛因斯坦
自 1915 年提出以來，廣義相對論在解釋天體物理和宇宙學現象方面取得了巨大成功，包括黑洞的形成、中子星的結構以及以及宇宙的演化。
然而，該理論有根本的局限性。它不兼容，它控制著最小尺度上粒子的行為，它預測了黑洞中心和黑洞中心的奇點——無限密度的點。。
為了解決這個問題，研究人員使用了一種稱為量子引力的概念，該概念通常用於嘗試將愛因斯坦的廣義相對論與量子力學統一起來，量子力學預測真空中粒子的連續產生和湮滅，以及包括引力在內的所有領域的永久波動。他們的研究發表在二月份的雜誌上物理字母B，表明在極高的能量或極小的距離下，廣義相對論應該通過其方程中的無限級附加項進行修改。
“在亨尼格說：“人們認為對系統能量和動量與時空曲率相關的方程的所有修正都符合已知的物理原理。不同的量子引力方法會對方程中的不同項賦予不同的重要性，但它們都表明愛因斯坦的方程需要改進。”
通過將這些修改納入計算中，研究人員研究了黑洞在這個修改後的框架下的行為。他們的結果表明，當包含無限數量的新術語時，奇點就會消失。黑洞的核心不再是一個無限密集的點，而是一個高度彎曲但規則的時空區域。
測試理論
儘管新模型在數學上解決了奇點問題，但科學理論最終必須通過觀察來檢驗。研究人員承認，直接證實他們的想法是一項重大挑戰。
“奇點的不存在本身很難通過實驗來測試，因為它會發生在黑洞內部，或者在宇宙的最初階段，”巴勃羅·卡諾巴塞羅那大學的博士後研究員、該研究的另一位合著者在一封電子郵件中告訴《生活科學》。 “然而，我們可以尋找導致奇點解決的理論特徵。
卡諾補充道：“我們認為，廣義相對論的修正在較強的引力場中會變得更大，但在其他情況下則非常小。” “這意味著，例如，來自黑洞碰撞的引力波——黑洞的引力場比黑洞的引力場強得多。——提供一種尋找這些效應的方法。 ”
另一個有希望的途徑是研究早期宇宙。如果這種修改後的引力理論的影響影響了宇宙膨脹——大爆炸後的快速膨脹——這些變化的證據可能會被印在原始引力波中。未來針對這些信號的實驗可以幫助測試該理論的有效性。
後續步驟
此外，還需要進一步的理論工作來確定無奇點黑洞是否可以通過引力塌縮自然形成，以及該團隊的方法是否可以解決其他類型的奇點，例如與大爆炸相關的奇點。
“我們最近表明，在這個框架內，某種類型物質的塌縮會導致這些規則黑洞的形成，”說巴勃羅·布埃諾巴塞羅那大學研究員，該研究的合著者。 “我們想在更一般的假設下測試這一點。這可能會在其他領域產生有趣的特徵，例如顯式模型其中通常的大爆炸場景被一系列永無休止的擴張和收縮階段所取代。 ”
