霍金：看不見(jiàn)的原始“原始”黑洞可能是隱藏的暗物質(zhì) 新研究顯示這一理論可以解釋許多東西
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)新浪科技（任天）：英國(guó)著名物理學(xué)家斯蒂芬·霍金提出過(guò)一個(gè)觀點(diǎn)：看不見(jiàn)的“原始”黑洞可能是隱藏的暗物質(zhì)。這一理論已經(jīng)失寵了幾十年，霍金黑洞但一系列新的見(jiàn)的究顯解釋上海青浦區(qū)按摩上門(mén)預(yù)約電話(huà)[微信1662+044-1662][提供外圍女上門(mén)服務(wù)快速安排面到付款不收定金研究顯示，這一理論或許可以解釋許多東西。隱藏
黑洞是暗東西一種優(yōu)雅、簡(jiǎn)潔的物質(zhì)天體，但在大眾的新研許多想象中，它們有時(shí)會(huì)顯得十分可怕。示理在許多方面，原始它們就像一個(gè)理想的霍金黑洞黑體（能吸收全部外來(lái)電磁輻射，沒(méi)有任何反射和透射的見(jiàn)的究顯解釋物體），使得我們很難估計(jì)宇宙中存在多少黑洞，隱藏以及它們的暗東西大小。因此，物質(zhì)2015年9月，新研許多當(dāng)激光干涉儀引力波天文臺(tái)（LIGO）的探測(cè)器第一次探測(cè)到引力波時(shí)，的的確確給物理學(xué)界帶來(lái)了驚喜。在此之前，最大的恒星黑洞——大質(zhì)量恒星引力坍縮后形成的黑洞——的質(zhì)量大約是太陽(yáng)的20倍；而這些新發(fā)現(xiàn)的黑洞都有大約30倍太陽(yáng)質(zhì)量，這并非不可思議，只是非常奇怪。此外，當(dāng)LIGO啟動(dòng)并立即開(kāi)始聽(tīng)到這類(lèi)物體相互融合的信號(hào)時(shí)，天體物理學(xué)家就意識(shí)到，一定還有更多的黑洞潛伏在那里，也許遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)他們的想象。
這些奇怪黑洞的發(fā)現(xiàn)給一個(gè)舊觀點(diǎn)注入了新的活力，近年來(lái)，這種觀點(diǎn)已經(jīng)逐漸邊緣化。我們知道，上海青浦區(qū)按摩上門(mén)預(yù)約電話(huà)[微信1662+044-1662][提供外圍女上門(mén)服務(wù)快速安排面到付款不收定金垂死的恒星可以產(chǎn)生黑洞，但黑洞或許也能在宇宙大爆炸中誕生。這些“原始”黑洞可能隱藏了起來(lái)，并構(gòu)成了暗物質(zhì)。畢竟，盡管經(jīng)過(guò)了幾十年的探索，研究者仍然沒(méi)有探測(cè)到暗物質(zhì)粒子?；蛟S我們可以大膽地假設(shè)，如果黑洞一直就在我們的眼皮底下，情況又會(huì)如何？
美國(guó)約翰·霍普金斯大學(xué)的宇宙學(xué)家馬克·卡米奧考斯基（Marc Kamionkowski）表示，這的確是一個(gè)瘋狂的想法，但并不一定比其他觀點(diǎn)更瘋狂。事實(shí)上，探索這方面可能性的論文已經(jīng)有很多。2016年，卡米奧庫(kù)斯基所在的研究小組也發(fā)表了一篇令人矚目的論文。
可惜的是，紐約大學(xué)天體物理學(xué)家亞辛•阿里-海蒙德（Yacine Ali-Haimoud）在2017年發(fā)表了一篇論文，對(duì)這種類(lèi)型的黑洞將如何影響LIGO的探測(cè)率進(jìn)行了檢驗(yàn)，在此之后，暗物質(zhì)與原始黑洞的關(guān)系開(kāi)始受到質(zhì)疑。阿里-海蒙德計(jì)算出，如果新生宇宙產(chǎn)生的黑洞足夠多，能夠解釋暗物質(zhì)，那么隨著時(shí)間的推移，這些黑洞將形成雙黑洞系統(tǒng)，彼此環(huán)繞并越來(lái)越近，其合并速度甚至比LIGO觀測(cè)到的合并事件高數(shù)千倍。他呼吁其他研究人員使用其他方式，繼續(xù)研究這個(gè)想法。但許多人失去了希望?？讑W考斯基指出，阿里-海蒙德的論點(diǎn)是如此戳中要害，以至于他自己對(duì)這個(gè)假說(shuō)的興趣都被澆滅了。
我們所知的黑洞。2015年之前，所有恒星大小的黑洞都是由射電望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的。這些黑洞的質(zhì)量似乎都局限在20倍太陽(yáng)質(zhì)量以下。LIGO目前已經(jīng)觀察到許多更大黑洞的合并事件。如果原始黑洞真的存在，那么其中許多應(yīng)該就屬于質(zhì)量更大的范疇；余下黑洞的質(zhì)量則應(yīng)該小于太陽(yáng)。
我們所知的黑洞。2015年之前，所有恒星大小的黑洞都是由射電望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的。這些黑洞的質(zhì)量似乎都局限在20倍太陽(yáng)質(zhì)量以下。LIGO目前已經(jīng)觀察到許多更大黑洞的合并事件。如果原始黑洞真的存在，那么其中許多應(yīng)該就屬于質(zhì)量更大的范疇；余下黑洞的質(zhì)量則應(yīng)該小于太陽(yáng)。
然而現(xiàn)在，隨著最近一系列論文的發(fā)表，原始黑洞的觀點(diǎn)似乎又復(fù)活了。不久前，法國(guó)蒙彼利埃大學(xué)的宇宙學(xué)家卡爾斯頓·讓達(dá)齊克（Karsten Jedamzik）在《宇宙學(xué)和天體粒子物理學(xué)雜志》（Journal of Cosmology and Astroparticle Physics）上發(fā)表了最新的研究報(bào)告，其中闡述了大量的原始黑洞會(huì)如何導(dǎo)致與LIGO觀測(cè)結(jié)果完全吻合的碰撞。“如果他的結(jié)果是正確的——看起來(lái)他做的是相當(dāng)仔細(xì)的計(jì)算——那就將給我們的計(jì)算畫(huà)上休止符，”阿里-海蒙德說(shuō)，“這將意味著它們實(shí)際上可能就是所有的暗物質(zhì)。”他在后續(xù)的論文中也繼續(xù)對(duì)原始黑洞的觀點(diǎn)展開(kāi)研究。
英國(guó)蘇塞克斯大學(xué)的宇宙學(xué)家克里斯蒂安·伯恩斯（Christian Byrnes）表示，這一結(jié)果非常令人興奮，“他比以前任何人都走得更遠(yuǎn)”。伯恩斯為讓達(dá)齊克的一些論點(diǎn)提供了幫助。
這一論點(diǎn)的最初想法可以追溯到20世紀(jì)70年代斯蒂芬·霍金和伯納德·卡爾（Bernard Carr）的工作。他們推斷，在宇宙最初的幾分之一秒內(nèi)，密度的微小波動(dòng)可能會(huì)賦予某些區(qū)域過(guò)多的質(zhì)量。每一個(gè)這樣的區(qū)域都會(huì)坍縮成黑洞，而黑洞的大小將由該區(qū)域的視界決定。所謂視界，便是以光速可到達(dá)的任何點(diǎn)周?chē)目臻g。視界內(nèi)的任何物質(zhì)都會(huì)感受到黑洞的引力并墜入黑洞?；艚鸬拇致杂?jì)算表明，如果黑洞的大小超過(guò)較小的小行星，那么它們可能仍潛伏在今天的宇宙中。
20世紀(jì)90年代取得了更大的進(jìn)展。那時(shí)，理論物理學(xué)家們還提出了宇宙暴脹理論，認(rèn)為宇宙在大爆炸之后經(jīng)歷了一次極端膨脹。暴脹理論可以解釋最初的密度漲落從何而來(lái)。在密度漲落的基礎(chǔ)上，物理學(xué)家們還考慮了一個(gè)沿著坍縮方向進(jìn)行的關(guān)鍵躍遷。
宇宙剛形成時(shí)，其所有的物質(zhì)和能量都在難以想象的高溫等離子體中沸騰。在最初的十萬(wàn)分之一秒左右之后，宇宙冷卻了一些，等離子體中的松散夸克和膠子得以結(jié)合在一起，形成更重的粒子。當(dāng)一些閃電般快速運(yùn)動(dòng)的粒子被束縛在一起時(shí)，壓力也隨之下降。這可能有助于更多的區(qū)域坍縮成黑洞。
但在20世紀(jì)90年代，沒(méi)有人對(duì)夸克和膠子流體的物理學(xué)有足夠的了解，因此無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)這種轉(zhuǎn)變將如何影響黑洞的產(chǎn)生。理論物理學(xué)家還說(shuō)不清楚原始黑洞的質(zhì)量應(yīng)該有多大，或者其數(shù)量應(yīng)該有多少。
此外，宇宙學(xué)家似乎并不是真的需要原始黑洞。巡天調(diào)查對(duì)天空的一小塊區(qū)域進(jìn)行了掃描，希望能找到大量像黑洞一樣稠密的暗物體漂浮在銀河系的外圍，但并沒(méi)有多少收獲。相反，大多數(shù)宇宙學(xué)家開(kāi)始相信，暗物質(zhì)是由極端“不合群”的大質(zhì)量弱相互作用粒子（WIMP）組成的。這是一種仍然停留在理論階段的粒子，只通過(guò)弱核力和引力產(chǎn)生相互作用，基本上不與普通物質(zhì)發(fā)生相互作用。專(zhuān)門(mén)建造的WIMP探測(cè)器，以及即將上線(xiàn)的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)或許將很快找到它們存在的確鑿證據(jù)。希望如此吧。
暗物質(zhì)的問(wèn)題看似即將取得突破，而且沒(méi)有觀察結(jié)果表明有其他選項(xiàng)，于是，原始黑洞在學(xué)術(shù)上就成了一潭死水?！耙晃毁Y深宇宙學(xué)家似乎在嘲笑我研究這個(gè)，”讓達(dá)齊克說(shuō)，“所以我停下了，因?yàn)槲倚枰粋€(gè)永久的職位?！彼谶@方面的研究興趣可以追溯到20世紀(jì)90年代。
當(dāng)然，科學(xué)家在那之后的幾十年里沒(méi)有發(fā)現(xiàn)WIMP，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何新的粒子（除了很久之前就預(yù)測(cè)存在的希格斯玻色子）。暗物質(zhì)謎題的解答仍然遙遙無(wú)期。
然而，關(guān)于可能產(chǎn)生原始黑洞的環(huán)境，我們現(xiàn)在知道得更多了。物理學(xué)家已經(jīng)可以計(jì)算出宇宙誕生之初的夸克-膠子等離子體如何演化出壓力和密度。伯恩斯表示，物理學(xué)界花了幾十年時(shí)間才取得了這些成果。利用這些信息，伯恩斯和馬德里自治大學(xué)的胡安加西亞-伯利多（Juan García-Bellido）等理論物理學(xué)家，在過(guò)去幾年中發(fā)表了一系列論文，預(yù)測(cè)早期宇宙產(chǎn)生的黑洞可能不僅僅只有一種大小，而是有一系列不同的大小。
一開(kāi)始，夸克和膠子結(jié)合在一起形成質(zhì)子和中子。這導(dǎo)致了壓力下降，并可能產(chǎn)生了一組原始的黑洞。隨著宇宙持續(xù)冷卻，π介子等粒子形成，造成另一次壓力驟降和可能的黑洞爆炸。
在這兩個(gè)時(shí)期之間，空間本身也在膨脹。最初的黑洞可以從自身周?chē)囊暯缥氪蠹s相當(dāng)于太陽(yáng)質(zhì)量的物質(zhì)。第二輪則可能吸入大約30倍太陽(yáng)質(zhì)量的物質(zhì)，就像LIGO第一次探測(cè)到的奇怪物體一樣?！耙Σㄕ攘宋覀?，”加西亞-伯利多說(shuō)道。
2016年，在LIGO團(tuán)隊(duì)宣布了探測(cè)到第一個(gè)引力波后的幾周內(nèi)，原始黑洞假說(shuō)又復(fù)活了。但是第二年，阿里-海蒙德提出了他的觀點(diǎn)，認(rèn)為原始黑洞會(huì)過(guò)于頻繁地碰撞，這給原始黑洞假說(shuō)的支持者帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。
讓達(dá)齊克接受了挑戰(zhàn)。在哥斯達(dá)黎加的一次長(zhǎng)假中，他對(duì)阿里-海蒙德的說(shuō)法進(jìn)行了仔細(xì)研究。阿里-海蒙德是通過(guò)方程進(jìn)行分析的，但是當(dāng)讓達(dá)齊克對(duì)同樣的問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)，他發(fā)現(xiàn)了一個(gè)轉(zhuǎn)折。
原始黑洞確實(shí)會(huì)形成雙黑洞系統(tǒng)，但讓達(dá)齊克的結(jié)論是，在一個(gè)充滿(mǎn)黑洞的宇宙中，第三個(gè)黑洞通常會(huì)接近最初的一對(duì)黑洞，并與其中的一個(gè)黑洞交換位置。這一過(guò)程將一再重復(fù)。
隨著時(shí)間的推移，這種從一對(duì)黑洞到另一對(duì)黑洞的變換會(huì)使雙黑洞系統(tǒng)的軌道幾乎變成圓形。這些成對(duì)黑洞的碰撞速度會(huì)非常慢。即使存在大量的原始黑洞，其合并也不會(huì)如此地頻繁。這就使整個(gè)假設(shè)仍然符合LIGO觀測(cè)到的合并率。
2020年6月，讓達(dá)齊克在網(wǎng)上發(fā)表了自己的研究成果，回答了阿里-海蒙德等外界專(zhuān)家提出的問(wèn)題。他說(shuō)：“盡一切可能讓學(xué)術(shù)界相信，你不是在胡言亂語(yǔ)，這是非常重要的?！?br>他還預(yù)測(cè)，原始黑洞將位于暗星團(tuán)中，后者的直徑大約相當(dāng)于太陽(yáng)和最近恒星之間的距離。每一個(gè)星團(tuán)可能都包含了大約1000個(gè)擠在一起的黑洞。質(zhì)量為30個(gè)太陽(yáng)的巨型黑洞將位于中心；更普通的小一些的黑洞則填滿(mǎn)剩下的空間。這些星系團(tuán)會(huì)潛伏在天文學(xué)家認(rèn)為暗物質(zhì)存在的任何地方。就像星系中的恒星，或者繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的行星一樣，每個(gè)黑洞的軌道運(yùn)動(dòng)將阻止它吞噬另一個(gè)黑洞——除非發(fā)生一些不尋常的合并事件。
在第二篇論文中，讓達(dá)齊克精確計(jì)算了這些合并事件的罕見(jiàn)程度。他計(jì)算了LIGO觀測(cè)到的大黑洞和未觀測(cè)到的小黑洞（小黑洞會(huì)發(fā)出微弱而尖銳的信號(hào)，只有在離它很近的地方才能探測(cè)到）。“當(dāng)然，當(dāng)我一個(gè)接一個(gè)地得出合并率的正確數(shù)值時(shí)，我感到非常震驚，”讓達(dá)齊克說(shuō)道。
原始黑洞假說(shuō)的支持者們還有許多事情要做，才能更具有說(shuō)服力。大多數(shù)物理學(xué)家仍然相信，暗物質(zhì)是由某種基本粒子構(gòu)成的，而這種粒子極其難以探測(cè)。此外，如果LIGO探測(cè)到的黑洞來(lái)自普通恒星，那么它們與我們預(yù)期的黑洞并沒(méi)有太大不同?！斑@在某種程度上填補(bǔ)了理論中一個(gè)實(shí)際上并不存在的漏洞，”美國(guó)卡耐基梅隆大學(xué)的天體物理學(xué)家卡爾·羅德里格斯（Carl Rodriguez）說(shuō)，“一些LIGO光源有些奇怪的地方，但我們可以通過(guò)正常的恒星演化過(guò)程來(lái)解釋目前為止我們所看到的一切?！?br>哈佛大學(xué)的天體物理學(xué)家塞爾瑪•德•明克（Selma de Mink）則更為直言不諱，他說(shuō)：“我認(rèn)為天文學(xué)家對(duì)此可以一笑了之?！彼岢龊阈侨绾为?dú)自形成LIGO所觀測(cè)到的大型雙黑洞系統(tǒng)的理論。
根據(jù)原始黑洞假說(shuō)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)亞太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞應(yīng)該是比較常見(jiàn)的，而且這種黑洞不能由恒星形成。如果這一觀點(diǎn)是正確的，那將會(huì)改變整個(gè)爭(zhēng)論。在未來(lái)的每一次觀測(cè)中，隨著LIGO靈敏度的提高，它最終要么能發(fā)現(xiàn)這些小型的黑洞，要么將對(duì)可能存在的黑洞數(shù)量設(shè)定嚴(yán)格的限制?！斑@個(gè)假說(shuō)不同于弦理論，十年或三十年后，我們可能仍在討論弦理論是否正確，”伯恩斯說(shuō)道。
與此同時(shí)，其他天體物理學(xué)家也在探索這個(gè)理論的不同方面。例如，也許對(duì)原始黑洞最強(qiáng)烈的限制來(lái)自微引力透鏡搜索。微引力透鏡是20世紀(jì)60年代就提出的概念，描述的是發(fā)生在恒星級(jí)天體中的引力透鏡現(xiàn)象，對(duì)這些現(xiàn)象的調(diào)查同樣開(kāi)始于20世紀(jì)90年代。天文學(xué)家通過(guò)這些調(diào)查監(jiān)測(cè)明亮但遙遠(yuǎn)的光源，等待暗物體從它們前方經(jīng)過(guò)。長(zhǎng)期以來(lái)的研究排除了均勻分布的小型黑洞存在的可能性。
但加西亞-伯利多表示，如果原始黑洞以一系列大小不同的質(zhì)量存在，如果它們被壓縮成密集的大質(zhì)量星團(tuán)，那以上這些結(jié)果可能就沒(méi)有研究人員想象的那么重要。接下來(lái)的觀測(cè)或許能最終解決這個(gè)問(wèn)題。歐洲空間局最近同意為美國(guó)國(guó)家航空航天局即將推出的羅曼太空望遠(yuǎn)鏡（原名大視場(chǎng)紅外巡天望遠(yuǎn)鏡）提供一項(xiàng)關(guān)鍵的額外功能，這將使它能夠進(jìn)行突破性的微引力透鏡研究。
這項(xiàng)功能是在歐洲空間局科學(xué)主任岡瑟·哈辛格（Gunther Hasinger）的指令下推出的，他曾提出，原始黑洞可以解釋多個(gè)謎團(tuán)。在哈辛格看來(lái)，這是個(gè)很吸引人的想法，因?yàn)闆](méi)有引入新的粒子或新的物理理論，而只是重新利用了舊元素?！拔蚁嘈?，也許有些懸而未決的謎題其實(shí)可以自己解決，只要你用不同的眼光看，”他說(shuō)道。

(責(zé)任編輯：休閑)