黑洞的摄影证据意味着什么?它将如何影响当前和未来的研究?

这张照片是一项了不起的技术成就。但遗憾的是,就我们对黑洞的理解而言,它实际上意味着很少。有几种黑洞理论;一些主要的是:

暗星:第一个黑洞理论可以追溯到1783年至1784年的约翰米歇尔。当时认为光是微粒,其速度大致已知。米歇尔计算出一颗非常重的恒星,其表面重力足够高,其逃逸速度可能大于光速,因此光线无法逃脱。他还计算出离开重力井的光必须失去能量,这是理解引力红移的重要一步。拉普拉斯几年后也得出了类似的结论。

施瓦兹希尔德黑洞:爱因斯坦在1915年完成广义相对论后,大多数人认为他的场方程太难以解决。但仅仅一年之后,施瓦兹希尔德就发现了令所有人惊讶的事对于单个非旋转不带电的球对称物体的情况的精确解。(并且Droste在几个月之后发现了相同的解决方案。)对于一个小但非常大的物体,这个解决方案在有限半径上变得奇异(即时间流量变为零),并且还具有点奇点在中心。后来的分析表明,球形“事件视界”奇点并非物理真实(你可以飞行一个黑洞),而是一个可以修补的数学神器。但是中心的奇点仍然存在。进一步的工作使我们能够更好地理解带电的背孔和旋转黑洞,但我会将这些变体计算为基本相同。

量子黑洞:Schwarzschild黑洞是“干净的”,因为它不会辐射任何东西。量子理论暗示黑洞应该泄漏或者甚至可能缓慢地蒸发。如果仔细测量一个没有传入物质的黑洞,就可以测试这个。

Kaluza-Klein Soliton:在20世纪20年代,Kaluza-Klein理论使用紧凑的第五维来试图统一重力和电磁。粗略地说,它从等效于爱因斯坦场方程的5维开始,然后表明在正常的4维时空中你会看到广义相对论+电磁学+我们不知道如何解释的标量场。(现代的10维和11维理论,包括弦理论,都是类似KK的;它们只是增加了更多的维度来覆盖其他力量。)然而,在KK理论中,你没有得到Schwarzschild的黑洞;相反,你会得到一个看起来有点像黑洞的5维孤子,但有一些重要的区别,例如:

  • 中心的奇点是球形,而不是点状。
  • 一些质量在奇点之外,因此在理论上是可观察的。

还有其他型号的黑洞,但让我们坚持下去。

我们非常肯定暗星模型是错误的。它完全基于牛顿引力,它预测(例如)太阳周围的光线弯曲应该是我们实际观察到的一半。这是因为牛顿引力(从现代的角度来看)只是弯曲时间的理论,但对于光速或接近它,你也需要弯曲空间项。

然而,很难找到能够区分Schwarzschild黑洞和Kaluza-Klein孤子的测试。当然,我们现在拥有的一个模糊图像是不够的。为了测试量子与经典,我们想要一个没有吸积盘的黑洞,但这个黑洞有一个巨大的黑洞。所以是的,我们看到了一个非常酷的“黑洞”。但我们还没有看到足以说明黑洞的基本理论是正确的。

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