量子重力解開黑洞之謎：奇點不再存在？

科學家們最近發現了一種全新的方法，可以在不產生神秘奇點的情況下創造黑洞。這種新模型僅依賴純粹的重力，而非過去理論中所需的奇異物質，從而挑戰了以往的理論，並讓我們更接近於理解時空的本質。這項突破不僅簡化了黑洞形成的條件，還與熱力學的基本定律相吻合。這項研究為新的天體物理應用開啟了大門，並可能最終揭示宇宙如何阻止奇點的形成。

根據愛因斯坦的廣義相對論，黑洞被認為包含奇點——這些點上物理定律不再適用。理解這些奇點如何在量子重力的框架下被解決，仍然是理論物理學中最大的挑戰之一。如今，巴塞隆納大學宇宙科學研究所（ICCUB）的研究人員取得了一項突破性發現。他們首次證明，黑洞可以僅透過重力效應形成，而不需要依賴奇異物質——這是過去某些模型所必需的成分。

這項研究發表在《物理學快報B》上，為重力的量子性質提供了新的見解，並可能重塑我們對時空真實結構的理解。奇異物質是一種具有特殊性質的物質，其能量密度為負，並能產生排斥性的重力效應。雖然奇異物質在自然界中尚未被觀測到，但它常被用於探索蟲洞、超光速旅行以及黑洞奇點解決等概念。

這項新研究從數學上證明，一系列高階重力修正可以消除這些奇點，從而形成所謂的「規則黑洞」。與以往需要奇異物質的模型不同，這項研究揭示，僅靠純粹的重力——無需額外的物質場——就能生成無奇點的黑洞。這項發現與過去的理論有顯著不同，並簡化了規則黑洞形成的條件。

「我們建構的美妙之處在於，它僅基於量子重力自然預測的愛因斯坦方程修正，無需其他成分。」ICCUB量子物理與天體物理系的研究員Pablo A. Cano表示。ICCUB團隊的理論適用於任何大於或等於五維的時空。Cano解釋，考慮更高維時空的原因純粹是技術性的，因為這能降低問題的數學複雜度。然而，研究人員認為，相同的結論也應適用於我們所在的四維時空。

大多數科學家同意，廣義相對論中的奇點最終必須被解決，儘管我們對這一過程知之甚少。研究人員Robie Hennigar表示：「我們的工作提供了第一個穩健的機制來實現這一點，儘管是在某些對稱性假設下。」專家補充道：「目前尚不清楚自然界如何阻止宇宙中奇點的形成，但我們希望我們的模型能幫助我們更好地理解這一過程。」

這項研究還探討了這些規則黑洞的熱力學性質，並揭示它們符合熱力學第一定律。這些理論為理解黑洞的熱力學提供了一個穩健的框架，並以完全普遍且明確的方式呈現。這種一致性增加了研究結果的可信度和潛在應用性。

研究人員計劃將他們的工作擴充套件到四維時空，並探索這些發現在各種天體物理場景中的意義。他們還希望研究這些規則黑洞的穩定性及其可能的觀測特徵。Cano總結道：「這些理論不僅預測了無奇點的黑洞，還讓我們能夠理解這些物體如何形成，以及落入黑洞的物質的命運。我們已經在這些問題上展開研究，並期待發現真正令人興奮的結果。」

參考文獻：Pablo Bueno, Pablo A. Cano 和 Robie A. Hennigar 的《純重力產生的規則黑洞》，2025年1月16日，《物理學快報B》。DOI: 10.1016/j.physletb.2025.139260