当一颗大质量恒星耗尽其燃料时,它会在自身的引力下坍缩,最终在空间中形成一个物质密度任意高的区域,即所谓的奇点。在奇点上,普通的物理定律都将失效。如果这个奇点被事件视界包围,就形成了黑洞。
事件视界:一个有去无回的边界,任何东西(包括光)一旦进入这个边界都无法逃脱。
但是,如果事件视界并没有形成呢?事实上,爱因斯坦的广义相对论的确预言了这种可能性,宇宙中存在着没有隐藏于事件视界之内的奇点,称为裸奇点。
△ 左侧:黑洞;右侧:裸奇点。虚线代表了黑洞的事件视界,箭头代表光的传播方向。在黑洞的情况中,由于事件视界的存在,所有的光线最终会止于奇点。但是,光线则可能从裸奇点的附近逃脱。(图片来源:Sudip Bhattacharyya、Pankaj Joshi)
虽然爱因斯坦方程中存在着裸奇点的解,但是关于它们是否真实存在一直存在着争议。罗杰·彭罗斯就提出过宇宙审查假说:“自然憎恨裸奇点”。彭罗斯认为裸奇点(除了大爆炸)在现实宇宙中是无法存在的。此外,2017年3月30日发表于《物理评论快报》的一项最新研究中也指出【1】,如果通过某种邪恶的方式,在空间中创造出一个裸奇点,它会很快的就停止存在。因为量子效应会迫使裸奇点迅速成为一个黑洞。
接下来我们假设裸奇点确实存在于宇宙之中。那么一个重要的问题是,要如何在观测上区分一个裸奇点和一个黑洞?
爱因斯坦的理论预言了一个有趣的效应:一个处于转动状态的物体会对其周围的时空产生拖曳的现象,被称为参考系拖曳。这个效应会导致陀螺仪自旋,以及使围绕着这些天体的粒子轨道产生进动。
△ 陀螺仪的进动。(图片来源:Wikipedia)
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