黑洞真的是“冰冻恒星”吗？新论文表明它们可能是

我们知道像黑洞这样的东西存在，但如果它们完全是另外一种东西呢？

经典黑洞的插图。

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新的研究探讨了黑洞是什么的另一种想法，表明它们可能不是我们想象的那样。

黑洞是引力、“气泡”和令人头痛的巨大来源。根据爱因斯坦广义相对论的预测，它们包含一个被称为事件视界的外部区域——任何东西都不能从其中逃脱，甚至连光也无法逃脱。除此之外，它们还被预测有一个无限密集的点，在这个点上我们对物理学的理解就会崩溃，一切都变得毫无意义。

那是在我们进入黑洞信息悖论之前。如果黑洞有质量（而且质量很大），那么根据热力学第一定律，它们应该具有温度，并且根据热力学第二定律，它们应该辐射热量。史蒂芬·霍金证明黑洞应该发射在黑洞边界形成的辐射——现在称为霍金辐射。

“霍金随后指出了一个悖论。如果黑洞能够蒸发，那么它所包含的部分信息就会永远丢失，”法国天体物理学家让-皮埃尔·卢米内 (Jean-Pierre Luminet) 在 2016 年的一篇文章中解释道。 “黑洞发出的热辐射中包含的信息被降级了；它不能重述先前被黑洞吞噬的物质的信息。不可挽回的信息损失与量子力学的基本假设之一相冲突。根据薛定谔方程，随时间变化的物理系统无法创建或销毁信息，这种属性称为幺正性。”

简而言之，我们可能遗漏了一些东西，自从 1915 年卡尔·史瓦西 (Karl Schwarzschild) 首次描述不旋转黑洞以来，物理学家一直在努力解决这些问题。 

虽然我们知道类似黑洞的物体存在，但一些物理学家对它们的实际情况提出了其他解释。一种模型是，它们不是爱因斯坦方程首次描述的黑洞（尽管黑洞的概念实际上比爱因斯坦早了 100 多年），而是被称为“冰冻恒星”的超紧凑天体 (UCO)。

本-古里安大学物理学教授拉米·布鲁斯坦（Ramy Brustein）表示：“冰冻恒星是一种黑洞模仿者：超紧凑的天体物理物体，没有奇点，没有视界，但可以模仿黑洞的所有可观测特性。”在以色列，向《生活科学》解释道。 “如果它们真的存在，它们将表明需要对爱因斯坦的广义相对论进行重大而根本的修改。”

物理学家试图解释如何防止奇点（黑洞内无限密度的区域）的一种方法是量子不确定性可以防止这种崩溃。简而言之，海森堡测不准原理指出，你对粒子的位置了解得越多，你对它的动量了解得就越少。根据这个想法，当黑洞内的物质被迫进入一个点时，粒子将抵抗被挤压成一个精确的点，并产生一种向外推动并防止奇点的“量子压力”。

虽然“冻结的恒星”看起来很像我们在观察我们自己的星系和更广阔的宇宙时观察和推断的黑洞，但它们在几个诱人的方面有所不同。

“聚合物模型的前提是，任何成功模拟黑洞 (BH) 的规则物体的内部都应该处于强烈的非经典状态，正如不确定性原理阻止物质塌缩的想法所遵循的那样。奇点，就像量子氢原子稳定而不会塌陷一样，”该团队在他们的论文中解释道。 “一个强非经典状态相当于具有最大熵密度，这反过来意味着固定能量密度状态的最大正径向压力。冻结星模型旨在根据经典状态来模拟这种高度量子状态的特性。几何形状，相当于将径向压力从最大正值‘翻转’到最大负值。”

这种受弦理论启发的替代方案在论文中进行了数学探索，它将描述一个与我们熟悉的黑洞相似的黑洞，从热辐射到熵，但没有引起如此多头痛的相关奇点。这种替代方案还表明，“冻结恒星”内部可能有一个处于高度激发状态的“防火墙”，以防止进一步崩溃。更重要的是，通过未来对碰撞黑洞的引力波探测可以观察到这些差异。

虽然考虑到标准模型黑洞的问题很有趣并且可能值得探索，但在进行任何测试或得出结论之前，需要做更多的工作来描述这个替代模型的内部结构。 

该研究发表在《物理评论 D》上。