黑洞每天都变得越来越奇怪。 当科学家在 1970 年代首次证实这些庞然大物的存在时，我们认为它们是非常简单的惰性尸体。 然后，著名物理学家斯蒂芬霍金发现黑洞并不完全是黑色的，它们实际上会散发热量。 现在，几位物理学家已经意识到黑暗的物体也在压迫着周围的环境。
我们的结论是，这样一个简单的、非周期性的黑洞 英国苏塞克斯大学物理学教授，共同作者 Xavier Calmette 在一份声明中说：“考虑到压力和温度的存在更令人兴奋，因为这完全是一个惊喜。”
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Calmette 和他的研究生 Volkert Kuipers 一直在研究黑洞事件视界附近的量子效应，这些效应极难确定。 为了解决这个问题，研究人员使用了一种技术来简化他们的计算。 在他们的工作中，他们解决方案的数学中出现了一个奇怪的术语。 经过几个月的困惑，他们意识到这个新发现的术语意味着什么：它是来自黑洞的压力的表达。 以前没有人知道这是可能的，它正在改变科学家对黑洞及其与宇宙其他部分关系的看法。
霍金发动机
1970 年代，霍金成为最早提出申请的物理学家之一。 量子力学 试图了解事件视界上正在发生的事情——黑洞周围的区域，在这个区域之外，没有任何东西，甚至光，都无法逃脱。 在这项工作之前，每个人都只是假设黑洞是简单的东西。 根据 广义相对论，首先提出黑洞存在的引力理论，事件视界绝对没有什么了不起的。 事件视界是黑洞的“边界”，它定义了黑色出口需要超光速旅行的区域。 但这只是一条想象中的空间线——如果你越过了它，你甚至不会知道自己已经做到了，直到你试图转身离开。
霍金改变了这一切。 他意识到量子泡沫（指时空真空中不断出现的粒子海洋）可能会影响事件视界的简化视图。 有时成对的粒子自发地从空的空间中出现 空闲时间，然后在一道能量的闪现中相互湮灭，让虚空恢复到原来的状态。 但是当这种情况发生在黑洞附近时，一对可能会被困在事件视界后面，而另一对则逃脱。 黑洞被留在逃逸粒子的能量账单上，因此必须失去它的质量。
这个过程现在被称为霍金辐射，通过这些计算，我们发现黑洞并不完全是 100% 黑色的。 它们会发光。 这种辉光，被称为“黑体辐射”，意味着它们还具有热量、熵（也称为“湍流”）以及我们通常适用于冰箱和汽车发动机等普通事物的所有其他术语。
有效技术
霍金专注于量子力学如何影响黑洞周围的环境。 但这并不是故事的全部。 量子力学不包括力 重力，对近事件视界发生的事情的完整描述应该包括量子引力，或者描述引力如何影响非常小的尺度。
自 1970 年代以来，许多物理学家在发展量子引力理论并将这些理论应用于事件视界物理学方面尝试了运气。 最新的尝试来自 Calmet 和 Kuipers 的这项新研究，该研究于 9 月发表在期刊上 身体检查 d.
“虽然我们正在研究的黑洞施加的压力很小，但它的存在开启了多种新的可能性，包括天体物理学、粒子物理学和量子物理学的研究。”
泽维尔·卡梅特
“霍金的历史直觉认为黑洞不是黑色，但其辐射光谱与黑体非常相似，这使黑洞成为研究量子力学、引力和热力学之间相互作用的理想实验室，”卡梅特说。
由于没有完整的量子引力理论，两人使用了一种称为有效场论或 EFT 的近似技术。 这个理论假设量子水平上的引力很弱——这个假设允许你在计算中取得一些进展，而不会让一切都分崩离析，就像量子系统中的引力太强时那样。 虽然这些计算不会揭示事件视界的全貌，但它们可能会提供对黑洞及其内部的洞察。
卡梅特解释说：“如果我们只考虑广义相对论中的黑洞，就可以证明它们的中心有奇点，而我们所知道的物理定律应该在那里被破坏。” “希望当量子场论被纳入广义相对论时，我们或许能够找到对黑洞的新描述。”
压力来了
Calmet 和 Kuipers 正在使用事件视界附近的电子转换来探索黑洞的热力学，当时他们注意到一个奇怪的数学术语出现在他们的方程中。 起初，这个词完全让他们困惑——他们不知道它的意思或如何解释它。 但在 2020 年圣诞节那天的一次谈话中，情况发生了变化。
他们意识到方程中的术语代表应力。 真正的压力。 与上升的气球内的热空气或汽车发动机内活塞上的压力所施加的压力相同。
“当我们意识到方程中的神秘结果告诉我们我们正在研究的黑洞处于压力之下——经过数月的挣扎后——我们放下针脚的那一刻，是令人振奋的，”Kuipers 回忆道。
这个压力几乎微乎其微，不到标准的10^54倍 压力 在地上。 但它就在那里。 他们还发现，压力可以是正的也可以是负的，这取决于黑洞附近量子粒子的特定混合物。 正压是使气球保持充气的那种，而负压是您在拉伸的橡皮筋中感受到的张力。
他们的结果扩展了黑洞作为热力学实体的想法，不仅包含温度和熵，还包含压力。 由于他们的工作只描述了弱量子引力而忽略了强引力，因此不能完全解释黑洞的行为，但这是重要的一步。
“我们的工作是朝这个方向迈出的一步，虽然我们一直在研究的黑洞施加的压力很小，但它的存在开辟了多种新的可能性，包括天体物理学、粒子物理学和量子物理学的研究，”卡尔梅特总结道。
最初发表于 Live Science.
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