【最新研究】黑洞和原子的驚人相似,雙黑洞結合為「引力分子」,宇宙太神奇了

天空之城 2020/11/14 檢舉 我要評論

在宇宙中,黑洞是無與倫比的存在。不論是品質還是引力,都強大到令人們瞠目結舌。

目前人類已經發現了不止一種黑洞,其中比較驚人的是超大質量黑洞,它們的質量至少是太陽的幾百萬倍,甚至有的可以超過太陽的一百億倍質量。另外還有一些恒星級黑洞,它們都是大質量恒星死亡後留下的殘骸,其質量至少也是太陽的3倍。包括最近發現的中等質量黑洞,質量也在太陽的100倍以上。

但是,就是這些質量驚人的天體,竟然表現出了和微觀粒子相似的特徵,著實令科學家感到不可思議。

黑洞和電子的驚人相似

好了,前面介紹了這麼多,我們終於要進入正題了。科學家發現:雖然一個是極其巨大的宏觀天體,另一個是顯微鏡都看不清的微觀粒子,但黑洞和電子有著驚人的相似性。

首先,電子具備三個極其重要的物理量,分別是品質、自旋和電荷。而1973年的時候,霍金等人提出了著名的黑洞無毛定理,指出:黑洞在形成之後將損失一切資訊,只留下質量、角動量和電荷三個物理量。注意,電子的自旋不是你以為的自轉,它其實就是一種內稟角動量。因此可以說,電子和黑洞的重要物理屬性,其實是一模一樣的!

(圖片說明:霍金和他的黑洞無毛定理)

雖然我們不知道這到底是源自於某種未知的宇宙法則,抑或僅僅是一種巧合,但是目前來說,我們似乎可以利用這樣的相似性來理解黑洞。

雙黑洞——宇宙的分子?

利用場和電子雲的概念,我們可以將電子雲理解為一種場,而電子雲中的原子核就是影響這個場的源頭。原子核的變化,決定了電子雲的變化。如果是兩個原子結合,就像兩個氫原子結合成氫氣分子、兩個氧原子結合為氧氣分子的情況,電子雲也會受到影響,那就是形成共價鍵。

(圖片說明:兩個氧原子結合為氧分子時,每個原子都要貢獻兩個電子形成共價鍵)

有趣的是,黑洞也會出現類似的情況。

我們可以將黑洞看作是一個原子,中心的奇點就代表原子核。而周圍的標量場,就可以近似地看作是電子雲。和原子核影響電子雲一樣,奇點也決定了這個標量場的變化,並且只允許相對應的粒子在特定位置有概率出現。同樣的,就像原子核僅僅占了原子的極小空間卻牢據絕大部分質量一樣,奇點也只是黑洞中心的一個點,卻幾乎是黑洞全部質量的集中點。

(圖片說明:即將在40個公轉週期後碰撞的雙黑洞)

更有趣的是,就像氫氣、氧氣這種雙原子分子一樣,宇宙中也有雙黑洞。而最近的研究表明,雙黑洞周圍確實存在著引力的標量場,使得一些粒子像雙原子分子中的電子一樣排布。因此,研究人員們將這樣的雙黑洞系統稱為宇宙中的「引力分子」。

在廣袤的宇宙中,黑洞就像是一個原子,雙黑洞就像是雙原子分子。在極大的宏觀天體和極小的微觀粒子之間,我們竟然看到了詭異的雷同。

暗物質的蛛絲馬跡

科學家之所以對這個問題進行研究,可不是像一些崇尚玄學的人一樣認為黑洞就是微觀粒子,他們只是希望通過這項研究尋找暗物質。

我們知道,暗物質佔據了宇宙總質量的85%甚至可能更多,但是我們又完全不知道它們的本質是什麼,只知道它們不和可見物質有相互作用,只是能提供引力。因此,有些科學家認為,暗物質或許是宇宙中的一種標量場。

如果真的是這樣,那麼雙黑洞或許是我們研究暗物質的重要物件,因為雙黑洞形成的場會讓暗物質按照特定的位置出現,就像是電子一樣。通過對雙黑洞併合過程中的引力波探測,科學家或許能夠找到暗物質的蛛絲馬跡,前提是這個猜想是正確的。

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