“引力分子”可能像电子一样围绕原子围绕黑洞运行。

2020-11-11 21:46:38

黑洞有很多值得注意的地方,特别是它们的简单性。他们只是…。洞。这种简单性让我们可以在黑洞和物理学的其他分支之间画出惊人的相似之处。例如,一组研究人员已经证明,一种特殊的粒子可以存在于一对黑洞周围,就像电子可以存在于一对氢原子周围一样--这是引力分子的第一个例子。这个奇怪的物体可能会给我们提供暗物质身份和时空终极本质的线索。

为了理解这项新的研究如何解释引力分子的存在,我们首先需要探索现代物理学最基本的--但遗憾的是,几乎从未讨论过--的一个方面:场。这项研究于9月份发表在预印本数据库arxiv上。

场是一种数学工具,它告诉你在宇宙中从一个地方到另一个地方旅行时,你可能会发现什么。例如,如果你曾经在电视上看过当地气温的天气预报,那么你正在看的是一幅便于观众观看的田野图像:当你在你所在的城镇或州旅行时,你就会知道你可能会发现什么样的温度,在哪里(以及你是否需要带一件夹克)。

这种场被称为标量场,因为标量场是一种奇特的数学方式,用来表示单个数字。物理领域中还有其他类型的场,比如矢量场和张量场,它们为时空中的每个位置提供了不止一个数字。(例如,如果你在屏幕上看到一张风速和风向的地图,你看到的就是一个矢量场。)。但为了这篇研究论文的目的,我们只需要知道标量类型。

在20世纪中叶的鼎盛时期,物理学家们把这个领域的概念带到了城里--在那个时候,这个领域已经存在了几个世纪,对数学家来说已经是老生常谈了--并把它带到了城里。

他们意识到,场不只是方便的数学噱头--它们实际上描述了一些关于现实内部运作的超基本的东西。他们发现,基本上,宇宙中的一切其实都是一个场。

以不起眼的电子为例。我们从量子力学中知道,要确定电子在任何给定时刻的确切位置是相当困难的。当量子力学第一次出现的时候,在这个领域出现之前,这是一个很难理解和理清的烂摊子。

在现代物理学中,我们把电子表示成一个场--一个数学对象,它告诉我们下次看的时候可能会在哪里发现电子。这个磁场会对周围的世界做出反应--比如说,因为附近原子核的电学影响--并自我调整以改变我们应该看到电子的位置。

最终的结果是,电子只能出现在原子核周围的特定区域,从而形成整个化学领域(我稍微简化了一点,但你明白我的意思)。

现在是黑洞部分。在原子物理学中,你可以用三个数字来描述基本粒子(如电子):它的质量、自旋和电荷。在引力物理学中,你可以用三个数字来完整地描述一个黑洞:它的质量,它的自旋和它的电子电荷。

巧合?在这个问题上,陪审团还没有定论,但目前我们可以利用这种相似性来更好地理解黑洞。

在我们刚刚探索的粒子物理学的行话中,你可以把一个原子描述成一个被电子场包围的微小的原子核。这个电子场会对原子核的存在做出反应,并允许电子只出现在某些区域。同样的道理也适用于两个原子核周围的电子,例如在氢(H2)这样的双原子分子中。

你可以用类似的方式描述黑洞的环境。想象一下,黑心的微小奇点有点类似于原子核,而周围的环境--一个普通的标量场--与描述亚原子粒子的环境相似。这种标量场对黑洞的存在做出反应,并允许其对应的粒子只出现在某些区域。就像在双原子分子中一样,你也可以描述两个黑洞周围的标量场,就像在一个二元黑洞系统中一样。

这项研究的作者发现,双星黑洞周围确实存在标量场。更重要的是,它们可以将自己形成某种图案,类似于电子在分子中的排列方式。因此,在这种情况下,标量场的行为模仿了电子在双原子分子中的行为,因此被称为引力分子。

为什么对标量油田感兴趣?首先,我们不了解暗物质或暗能量的本质,而且暗能量和暗物质都有可能由一个或多个标量场组成),就像电子是由电子场组成的一样。

如果暗物质确实是由某种标量场组成的,那么这一结果意味着暗物质将以一种非常奇怪的状态存在于双黑洞周围--神秘的暗粒子必须存在于非常特定的轨道上,就像电子在原子中一样。但双星黑洞不会永远存在;它们会发出引力辐射,最终会碰撞并合并成一个单一的黑洞。这些暗物质标量场将影响在这类碰撞中发出的任何引力波,因为它们会过滤、偏转和重塑通过暗物质密度增加区域的任何波。这意味着我们或许能够在现有的引力波探测器上以足够高的灵敏度探测到这类暗物质。

简而言之:我们可能很快就能确认引力分子的存在,并通过它打开一扇窗户,让我们看到我们宇宙中隐藏的黑暗部分。

按照操作上的定义,在二十世纪中叶之前的几个世纪里,可能有一个世纪多一点的时间没有使用过油田。不到一个世纪前,他们(由Dedekind)获得了适当的资格。

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有趣的是,由于排除了WIMP(在LHC、ACME和Fermi-LAT中,在Griest-Kamionkowski界限下),标量场粒子似乎是剩下的可能性。轴子被提出用来解决物质/反物质的对称性,而中微子已经承诺(微不足道的2西格玛,但仍然)来解决这个问题。这篇论文指出:光标场是物理学中一些最紧迫问题的有趣解决方案。暗物质问题就是一个例子。

引入尺度(康普顿波长)类似于银河系核心大小的场是很有诱惑力的。因此,我们要处理的是质量为10^−21 eV或类似质量的场,这就是所谓的模糊暗物质模型。观测到了更多质量和块状的清洁发展机制暗物质,自2015年以来,清洁发展机制和重子物理更好地解决了模糊暗物质本应解决的尖核问题[https://astrobites.org/2015/06/12/the-labor-of-outflows-against-dark-matter-halo/]。]。这两位作者似乎没有说明他们为什么要研究双星,但我猜想他们想要在合并过程中寻找引力波行为的印记。场的变化受双星旋转的幅度调制,但本质上,对于孤立或分离良好的黑洞,场的变化是在标量质量处共振的。我们会看到--他们确实认为👹:能量最低的s轨道电子位于原子核中心的可能性不为零--但我明白你的意思。

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按照操作上的定义,在二十世纪中叶之前的几个世纪里,可能有一个世纪多一点的时间没有使用过油田。不到一个世纪前,他们(由Dedekind)获得了适当的资格。

你不是在描述一个不相关的数学领域的概念吗?在这个领域,德德金德(1831-1916)尤其致力于环理论的研究。物理场是由法拉第(1831年开始作为事实!)引入的,1845年被明确提出,1864年麦克斯韦尔(Maxwell)提出[https://en.wikipedia.org/wiki/Michael_Faraday#Electricity_and_magnetism,https://en.wikipedia.org/wiki/Faraday%27s_law_of_induction,https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_field_theory]。当然,现代量子场论必须等待爱因斯坦的相对论和量子发现--它是从1925年开始发展起来的。

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在原子物理学中,你可以用三个数字来描述基本粒子(如电子):它的质量、自旋和电荷。在引力物理学中,你可以用三个数字来完整地描述一个黑洞:它的质量,它的自旋和它的电子电荷。巧合?陪审团对这件事的看法是不一致的,

我不明白这是什么意思!?黑洞有热力学(温度和熵),所以具有微态(尤其是连续的质量、自旋和电荷)的系统也是微态,基本粒子是微态,有离散的(内部)质量、自旋和电荷--对于引力,你应该有质量和电荷为零但自旋=2的引力子。黑洞不是更类似于临界点吗?在临界点上,近乎理想的气体的平均场理论被打破了。

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