黑洞有許多值得注意的地方,尤其是它們的簡單性,這種簡單性使我們能夠看到黑洞和其他物理學分支之間驚人的相似之處。
例如,一些研究人員已經證明,一種特殊的粒子可以存在于一對黑洞附近,就像電子在兩個氫原子之間形成化學鍵一樣,
這種奇怪的結構可能揭示了暗物質的身份和時空的終極本質,
為了解釋引力分子的存在,我們需要探索現代物理學中最基本的——物體:場,
場是一種數學工具,可以看作是空間的函數。比如溫度可以看作一種場:c(空間坐標)=那個地方的溫度,
類似于溫度的場被稱為“標量”場,因為它只涉及數值,
物理學領域還有其他種類的場,比如‘矢量’場和‘張量’場,它們在時間和空間上為每個位置提供了不止一個數字(比如你看氣象圖,除了風值,還有風向)
幸運的是,本文只需要知道標量場是什么,
原子引力二重性
20世紀中葉,物理學家意識到,場不僅僅是方便的數學把戲,實際上是現實世界中的超基礎的東西。基本上,宇宙中的一切其實都是場,
以不起眼的電子產品為例,我們從量子力學中知道,實時確定電子的確切位置是相當困難的,但是在現代物理中,我們把電子表示為場——,這告訴我們,在下一次觀測中找到電子的位置是可能的。
場會對周圍的世界作出反應,最終的結果是電子只能出現在原子核周圍的某些區域,從而使一切化學成為可能(我稍微簡化了一點,但你懂我的意思)。
黑洞之友
現在是黑洞的時候了。在原子物理中,我們可以用三個數字來描述一個基本粒子(如電子):質量、自旋和電荷數。
在引力物理中,黑洞可以用三個數字來描述:質量、自旋和電荷數,
是巧合嗎?
目前還沒有定論,但這種相似性確實有助于我們理解黑洞,
用我們剛才討論的粒子物理學的行話來說,你可以把原子描述成一個被電子場包圍的微小原子核,這個電子場對原子核的存在作出反應,只允許電子出現在某些區域,
兩個原子核周圍的電子也是如此,例如氫(H2)等雙原子分子。
你可以用類似的方式描述黑洞,想象一下,中心的微小奇點類似于原子核,而它周圍的一般標量場類似于電子場。
標量場響應黑洞的存在,并允許其相應的粒子只出現在某些區域,
發現標量場可以存在于雙黑洞附近,更重要的是它們可以形成自身的一些模式,類似于分子中電子場的排列,
所以在這種情況下,標量場的行為模仿了電子在雙原子分子中的行為,所以被稱為‘引力分子’。
物理學家為什么對標量場感興趣?好的,首先我們不了解暗物質或者暗能量的本質,它可能是由一個或者多個標量場組成的,就像電子是由電子場組成的一樣,
如果暗物質確實是由標量場組成的,那么這個結果就意味著暗物質會以一種非常奇怪的狀態存在于雙黑洞周圍。——神秘暗物質粒子一定存在于非常特定的軌道上,就像電子在原子中的軌道一樣。
但是,雙黑洞系統不會永遠存在。它們會不斷輻射引力波,最終碰撞融合成黑洞。
這些暗物質標量場將影響碰撞過程中發射的引力波,因為它們將過濾、偏轉和整形任何穿過暗物質密度增加區域的波。
這意味著我們可能能夠在現有的引力波探測器中以足夠的靈敏度探測到這種暗物質,
簡而言之:我們也許很快就能確認引力分子的存在,并通過它打開一扇通往宇宙中隱藏的暗物質的窗戶。