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奇怪的“引力分子”可以像围绕原子旋转的电子一样围绕黑洞运转

admin 1周前 ( 11-21 03:19 ) 8 抢沙发
奇怪的“引力分子”可以像围绕原子旋转的电子一样围绕黑洞运转摘要: 原标题:奇怪的“引力分子”可以像围绕原子旋转的电子一样围绕黑洞运转 这个计算机模拟显示超大质量黑洞离合并只有40个轨道。...
原标题:奇怪的“引力分子”可以像围绕原子旋转的电子一样围绕黑洞运转

这个计算机模拟显示超大质量黑洞离合并只有40个轨道。

奇怪的“引力分子”可以像围绕原子旋转的电子一样围绕黑洞运转

黑洞在许多方面都引人注目,尤其是它的简单性。它们只是…洞。那就是“黑”这种简单性让我们可以在黑洞和其他物理学分支之间画出惊人的相似之处。例如,一组研究人员表明,一种特殊的粒子可以以类似于电子可以存在于一对黑洞周围的方式存在于一对黑洞周围氢原子——第一个“引力分子”的例子这个奇怪的物体可能会给我们一些线索暗物质的终极本质时空。

耕地

了解这项新的研究是如何在9月份发布到预印本数据库的arXiv,解释了引力分子的存在,我们首先需要探索现代物理学的一个最基本的——然而可悲的是几乎从未被谈论过——方面:场。

场是一种数学工具,它告诉你当你在宇宙中从一个地方旅行到另一个地方时,你可能会发现什么。例如,如果你看过当地的电视天气预报,你会看到一个对观众友好的区域:当你在你的城镇或州旅行时,你会知道你可能会发现什么样的温度,在哪里(以及你是否需要带夹克)。

这种字段被称为“标量”字段,因为“标量”是一种奇特的数学方式,表示“只是一个数字”。在物理领域还有其他种类的场,比如“向量”场和“张量”场,它们为时空中的每个位置提供了不止一个数字。(例如,如果你在屏幕上看到一张风速和风向的地图,你看到的是一个矢量场。)但是为了这篇研究论文的目的,我们只需要知道标量的种类。

原子能夫妇

在20世纪中叶的鼎盛时期,物理学家们接受了这个领域的概念——这个概念在当时已经存在了几个世纪,对数学家来说绝对是过时的——并带着它去了城里。

他们意识到领域不仅仅是方便的数学噱头——它们实际上描述了现实内部工作的一些超级基础的东西。他们发现,基本上,宇宙中的一切都是一个场。

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以卑微的电子为例。我们从量子力学中知道,很难确定电子在任何给定时刻的确切位置。当量子力学第一次出现时,这是一个很难理解和理清的混乱局面,直到这个领域出现。

在现代物理学中,我们将电子表示为一个场——一个数学对象,它告诉我们下一次我们可能在哪里发现电子。这个场对它周围的世界起反应——比如说,因为附近原子核的电影响——并改变自己以改变我们应该在哪里看到电子。

最终结果是,电子只能出现在原子核周围的某些区域,从而引发了整个化学领域(我有点简化了,但你明白我的意思)。

黑洞伙伴

现在是黑洞部分。在原子物理学中,你可以完全描述一个基本粒子(像电子一样)用三个数字来表示:它的质量、自旋和电荷。而在引力物理中,你完全可以用三个数字来描述黑洞:它的质量,它的自旋,它的电子电荷。

巧合?这个问题还没有定论,但目前我们可以利用这种相似性来更好地理解黑洞。

在我们刚刚探索的充满行话的粒子物理语言中,你可以描述一个原子被电子场包围的微小原子核。电子场对原子核的存在做出反应,并允许电子只出现在某些区域。两个原子核周围的电子也是如此,例如像氢这样的双原子分子(H2。)

你可以用类似的方式描述黑洞的环境。想象一下,在一个有点类似于原子核的黑色心脏上有一个微小的奇点,而周围的环境——一个普通的标量场——类似于描述一个亚原子微粒。这个标量场对黑洞的存在做出反应,并允许其相应的粒子只出现在特定的区域。就像在双原子分子中一样,你也可以描述两个黑洞周围的标量场,就像在二元黑洞系统中一样。

这项研究的作者发现,标量场确实可以存在于二元黑洞周围。更重要的是,它们可以形成某种模式,类似于电子场在分子中的排列方式。因此,标量场在这种情况下的行为模拟了电子在双原子分子中的行为,因此得名“引力分子”。

为什么对标量场感兴趣?首先,我们不了解暗物质或暗能量的本质,两者都有可能暗能量暗物质可能由一个或多个标量场组成),就像电子由电子场组成一样。

如果暗物质确实是由某种标量场组成的,那么这个结果意味着暗物质将以一种非常奇怪的状态存在于二元黑洞周围——神秘的暗粒子必须存在于非常特定的轨道上,就像电子在原子中一样。但是二元黑洞不会永远存在;它们发出重力辐射,最终碰撞并合并成一个黑洞。这些暗物质标量场会影响在这种碰撞中发射的任何引力波,因为它们会过滤、偏转和整形穿过暗物质密度增加区域的任何波。这意味着我们可能能够在现有的引力波探测器中以足够的灵敏度探测到这种暗物质。

简而言之:我们可能很快就能证实引力分子的存在,并通过它打开一扇窗户,进入我们宇宙中隐藏的黑暗部分。

最初发表在《生活科学》上。

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