我们有可能看到黑洞内部的奇点，但需要换一个宇宙

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我们的宇宙中存在着一些物理学定律失效的处所，那就是所谓的“奇点”。为了制止奇点上发作的无法解释的现象威胁到现有的物理学，科学家们料想，奇点只能被包裹在黑洞内部，永久不克不及被不雅测到。然而有科学家发现，黑洞在一些出格的过程中会将奇点表露出来。不外，如许的过程发作我们所生活的宇宙之外……

黑洞常被描述成一种危险而充满毁坏力的天体，它不会放走任何落入此中的工具。但假设黑洞也有庇护性的一面呢？也许它把宇宙中我们无法理解的处所藏了起来，以免我们遭受不成预测的效应？那个设法听起来有些轻率，却是一个持续数十年的物理学谜题——宇宙监视假设（cosmic censorship hypothesis）——的核心概念。

在黑洞内部，我们已知的物理学走到了尽头。当前的引力理论，即爱因斯坦的广义相对论，将在一些时空点上失效，那些点被称为“奇点”（singularity）。按照爱因斯坦方程，引力场在奇点上的表示不成预测，引力凡是会增大到无限大，以致于方程也无法描述那里会发作什么。

物理学的根本原则要求现实世界的物理规律在黑洞内部继续阐扬感化，所以科学家倾向于将奇点上数学的瓦解解释为一些未知的物理规律在起感化，此中可能涉及量子力学。但是，在找到同一引力和量子物理学的理论之前，没人能晓得在奇点上事实发作了什么。

值得高兴的是，奇点隐藏在黑洞内部，我们没必要担忧它们可能对外部世界产生离奇的影响。但是，若是奇点零丁呈现在黑洞外面，也就是成为“裸奇点”呢？那就可能影响庞大了。因为还没有一个完好的理论能够描述奇点上发作的工作，我们不克不及把广义相对论预测的成果当实。“裸奇点招致广义相对论失去了预测才能。”扬州大学物理学家王元君说，他研究过引力理论中奇点的性量。

自20世纪60年代起，英国物理学家罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）努力于黑洞和奇点的数学研究，他因而获得了2020年诺贝尔物理学奖。其时，没有人提出过任何令人信服的证据，证明广义相对论能够描述一个物理上合理的宇宙中的裸露奇点，因而奇点只能隐藏在黑洞内部。彭罗斯将线索拼集起来，提出了一个虽未经严密证明，但有按照的料想：广义相对论不会预测裸奇点存在，那个料想被称为宇宙监视假设。数学上的瓦解不被允许，所以宇宙必然有某种体例制止裸奇点的存在。

在物理学家看来，宇宙监视假设是必不成少的，并且大大都物理学家假定它就是准确的。虽然已经有研究人员提出了识别裸奇点的办法，一些可不雅测迹象表白能够将裸奇点与黑洞区分隔，但天文学家还没有看到任何确凿的证据。50多年过去了，没有人能证明或推翻彭罗斯的料想。

在彭罗斯提出料想后的最后几十年里，理论研究撑持了宇宙监视假设。然而在2010年，物理学家路易斯·莱纳（Luis Lehner）和弗兰斯·比勒陀利乌斯（Frans Pretorius）通过计算机模仿发现，黑洞外表能够碎裂成良多块，留下一个裸露的奇点。那种碎裂过程通过一种名为“格雷戈里-拉弗拉姆不不变性”（Gregory-Laflamme instability）的体例发作，而那种不不变性只存在于空间有三个以上维度的宇宙中。换句话说，在我们由广义相对论所描述的三维宇宙中，通过那种体例获得裸奇点是不成行的。

虽然得到了否认的成果，但那项研究仍然有意义。以那个例子为起点，研究人员能够找一些类似的过程并提问：“我们的宇宙中会发作类似的工作吗？”若是谜底能否定的，他们能够诘问为什么不克不及发作。伦敦玛丽皇后大学的物理学家波·菲格拉斯（Pau Figueras）暗示，那种思虑办法其实不能替代完好的证明过程，但仍具有说服力。“若是那个特定的不不变性过程是突破宇宙监视的独一办法，”他说，“而现实中的黑洞不会履历那个过程，那么那就供给了一种办法来证明彭罗斯的料想在我们现实的时空中是准确的。”

莱纳和比勒陀利乌斯的研究成果激发了人们对宇宙监视假设的兴趣。据菲格拉斯介绍，该范畴在过去十年中开展势头正旺，那次要得益于计算手艺的前进，使得计算黑洞的演化以及黑洞破裂后奇点表露的过程成为可能。“那不只是因为20年前还不存在满足需求的计算机，”菲格拉斯说，“还因为我们过去不晓得若何在计算机上模仿广义相对论，因而也不晓得若何模仿黑洞。”菲格拉斯暗示，如今的模仿成果表白，在有额外维度的宇宙中，裸奇点比预期的更常见。

菲格拉斯和他的同事已经证明，当黑洞碰碰时，裸奇点也能够呈现。如许的碰碰以至在我们的宇宙中也会发作。但研究人员发现，在我们的宇宙中，黑洞碰碰其实不会产生不异的成果。碰碰之后，奇点仍被包裹在黑洞中。

宇宙监视假设的完好证明或结论性辩驳仍然难以捉摸。然而，王元君说，无论那个料想成立与否，关于大大都理论物理学家来说，那个谜题自己不再是次要的存眷点。“关键是我们在那一过程中能够学到什么，获得什么见解，开发什么东西，”王元君弥补道，“重要的不但是目标地，旅途也很重要。”

撰文：布伦丹·福斯特（Brendan Foster）

翻译：白德凡

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