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一百年了,引力波还在教科学家做人#黑洞

最近又出了个物理学大新闻,当年发现引力波的超大实验仪器ligo发现了一个极其奇怪的引力波信号。这个信号告诉我们,要么是我们现在的黑洞理论有问题,要么就是出现了一种全新的、从未观测到过的,也没有任何理论预言过的新型奇怪天体。
那咋回事呢?就是这一次的leg发现了一颗一百四十二倍太阳质量的黑洞,这个黑洞是由两个小一点的黑洞给合并出来的,一个是六十五倍太阳质量,另外一个是八十五倍的太阳质量,就是八十五这个数字太奇怪了,根据我们现有的黑洞理论,不应该存在八十五倍太阳质量的黑洞。

黑洞的质量可以比较小,也可以超级大,比方十倍太阳质量的黑洞是OK的,几十亿倍太阳质量的黑洞也是OK的。比方说我们的银河系中心就有一个几十亿倍太阳质量的黑洞,六十五到一百三十倍太阳质量左右的黑洞呢叫做中等质量黑洞。
但是这个区间的黑洞根据理论应该是不存在的。为啥呢?因为不稳定性啊。Pinstability这个呢就要讲一点历史。我们知道粒子和它的反粒子啊碰到一块儿就会湮灭,比方电子和正电子在一块就会湮灭,变成光子,反过来这个反应也有可能发生。

当光子能量很高的时候,他们可以碰撞出正反电子对。当一个恒星质量较大,比方说一百倍太阳质量的时候呢,它的引力就非常强,内压就很大,内部的光子能量就会非常高,就会发生光子碰撞出正反电子队的效果。那么一个恒星之所以拥有一个固定的大小,没有在引力的作用下缩成一团,就是因为内部的核反应产生能量向外释放,把引力的平衡了。
但是一旦发生了刚才说的光子对变成正反电子对的事情呢,正反电子对向外支撑的力是没有原本光子的光压强大的,这样的话呢它就hold不住引力了,就要往里坍缩。并且由于天体质量大,这一坍缩其实是在向内部急剧的压缩,会在短时间内产生超高的能量密度,就会产生巨大的反扑。
天体会喷发出巨大的能量和大量物质。这就是对不稳定性。那么就算你本来的质量可以形成中等质量黑洞,这些物质啊也在大型喷发中被甩出去了,留下来的物质的量达不到中等质量黑洞的质量。但是超大质量的黑洞也有可能形成,就是因为质量超级大啊产生的引力也超级强。


刚才说的喷发还是杠不过引力,所以物质不会被大规模的甩出去,只有刚好卡在中间这个量级,物质会因为对不稳定性被大幅甩出甩出。等到这个质量降到这个中等质量黑洞以下,就没有对不稳定性了,就不会再继续甩出了。所以根据理论,中等质量黑洞不应该存在,那这次竟然发现了中等质量的黑洞,就说明原本的黑洞理论有点问题,至少他还不够完善。
若非如此,除非是出现了一种极其奇葩的新型天体,奇葩在哪儿呢?奇葩的这个天体它应该不是球形的,为啥呢?因为引力波这个东西啊单个球形天体是发不出来的。根据广义相对论,引力波只能是以crop也就是四级剧的形式存在。
至于什么是四级剧就不讲了。简单来说就是说你要把引力方程的写出来,然后做泰勒展开结论。就是一个中心对称的东西,它是没有办法发出引力波的。我们现在接收到的引力波都是一大一小两黑洞相互围绕旋转,直到合并在一块儿所产生的一大一小两黑洞相互围绕旋转,保证了这个系统不是中心对称,就保证了有引力波,黑洞合并保证了动静够大,我们才能够探测到它们在引力波。

要知道如果是一种新型奇葩天体,这个天体还发出的引力波说明质量一定不小,并且它一定不是个球形。但是质量那么大的天体引力那么强,怎么都应该已经把自己盘成一个球了吧,他怎么能不是个球呢?所以如果真是个心形奇特天体,那估计我们的理论要从根基上改写,反正两种可能性都有点让现有的理论啪啪打脸,反正打脸是一定的啊,只是打的狠还是不狠的问题。
但是物理学家们最喜欢打脸的事情了,因为又有事情可以做了,又可以申请到研究经费了。不管怎样,这应该是实验物理的一次大胜利,因为它带给了我们全新的完全未知的现象。

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