美媒:往黑洞扔“軸子彈”挑戰物理定律

2021年09月15日19:46

原標題:美媒:往黑洞扔“軸子彈”挑戰物理定律 來源:參考消息網

參考消息網9月15日報導 據美國《科學日報》網站報導,在黑洞中心等處,奇點的密度變得無限大,奇點經常被說成是物理學“崩潰”的地方。然而,這並不意味著“任何事情”都有可能發生,物理學家們感興趣的是哪些法則可能崩潰以及如何崩潰。

現在,英國帝國理工學院、科克羅夫特研究所和蘭開斯特大學聯合組成的研究團隊提出了一種奇點可能違反電荷守恒定律的方式。他們的理論發表在德國《物理年鑒》上。

研究報告的共同作者、帝國理工學院物理系教授馬丁·麥考爾說:“‘物理學遇到奇點就崩潰’是流行物理學中最知名的說法之一。但是,通過展示這種情況實際上是如何發生的,我們將目標對準最受珍視的物理學定律之一:電荷守恒定律。”

電荷守恒指的是,對於任何孤立系統,包括作為一個整體的宇宙,其中所有電荷的代數和永遠保持不變。這意味著,如果某一區域中的電荷增加,那麼必定有等量的電荷離開該區域。

這一點可以在最微小的尺度上得到展示:在大型強子對撞機等實驗中每當創造或湮滅粒子時,總會有相同數量的電荷隨之摧毀或產生。

現在,該研究團隊通過修改經典的物理方程式將候選暗物質軸子列入其中,從而得以證明,臨時奇點(比如先出現隨後又消失的黑洞)在生命走向終結時可能會摧毀電荷。

軸子是種假設粒子,可以解釋占宇宙85%、但“不見了”的暗物質。據預測,軸子可能形成一個與物理學家已經知道了幾個世紀的電磁場相互作用的場。

研究團隊利用數學中的微分幾何,弄清了如何創造或摧毀電荷,從而違反宇宙的電荷守恒定律。

研究報告的共同作者喬納森·格拉圖斯說:“你可以想像,通過將成對的軸子和磁場結合在一起,製造出攜帶電荷的‘軸子彈’,然後將其扔進一個即將消失的黑洞。隨著黑洞收縮並消失在奇點中,它始終帶著電荷。成功的關鍵是把臨時奇點和新提出的軸子場結合起來。”

研究報告的共同作者、帝國理工學院物理系的保羅·金斯勒博士說:“這也有哲學意義。儘管人們常說物理學‘崩潰’了,但我們現在表明,雖然可能會出現奇怪現象,但製約實際發生情況的是有關奇點仍在起作用的物理學定律。”

研究團隊說,軸子現象只會發生在極端條件下,目前實驗室無法創造這種條件。但強激光場未來取得進展可能會使這一理論在地球環境中得到驗證。

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