北京
在天體物理學的版圖里，有一塊基石是講恒星質(zhì)量級的黑洞怎么誕生。這個過程聽起來挺干脆：一顆比我們太陽質(zhì)量大好幾倍的恒星，當它內(nèi)部用來聚變的燃料燒光，向外撐的聚變壓力就減弱了。減到最后，這點力量再也頂不住恒星自身質(zhì)量造成的向內(nèi)引力。引力主導一切，恒星朝自己內(nèi)部坍縮，全部質(zhì)量擠進一個叫做“奇點”的無窮小點。在這個描述里，黑洞就這么出現(xiàn)了。
不過，這張圖景藏著一個大麻煩。廣義相對論在奇點形成之前，都能好好干活，把發(fā)生的事解釋清楚。可一旦到了奇點那個節(jié)骨眼，問題就冒出來了：怎么能把那么多質(zhì)量全塞在一個無限小的、單一的點上？時空又怎么可能無限彎曲下去？廣義相對論在這兒拿不出答案。這就是廣義相對論“掉鏈子”的地方。不是說它全盤作廢，而是說它被用到極限之外，已經(jīng)沒法合理描述現(xiàn)實了。這也正是量子引力理論想要接手的領(lǐng)域——在廣義相對論失效的地方，試著扛起解釋的擔子。
一項新近發(fā)表的研究，卻給出了一個不一樣的說法：恒星坍縮的終局，或許仍然可以用廣義相對論來理解。坍縮的恒星產(chǎn)生的，可能根本不是什么黑洞，而是另一種很像黑洞、但本質(zhì)完全不相同的天體。這個家伙有個名字，叫“引力星”。
這篇研究快報題為《引力星的形成》，發(fā)表在《物理評論D》上。作者是兩位來自法蘭克福歌德大學的研究人員，丹尼爾·揚波爾斯基和盧恰諾·雷佐拉。他們提出，引力星是恒星坍縮時可能產(chǎn)生的另一種結(jié)局。
要真正看懂引力星，得先理清黑洞的幾種類型。通常人們張口閉口說的“黑洞”，在多數(shù)語境下指的是標準黑洞。它有兩個標志性特征：一個叫事件視界——任何東西進了這個邊界就別想再出去，包括光；另一個就是那個讓廣義相對論頭疼的奇點。但學界還討論著另一類模型，叫做“規(guī)則黑洞”。你可以把它想象成標準黑洞的改良版。它有事件視界，跟標準黑洞一樣；但是，它里面沒有那個破壞物理法則的奇點。有研究者形容，規(guī)則黑洞的內(nèi)部“表現(xiàn)良好”，意思是時空的曲率是有限的，廣義相對論不會在那兒崩潰。
所以你看，這里就有一個矛盾鏈。標準黑洞有奇點，對廣義相對論來說是道過不去的坎。規(guī)則黑洞沒有奇點，廣義相對論倒是保住了，可它仍然帶著事件視界，而事件視界又牽扯出另一個大難題——黑洞信息悖論。這就催生了引力星的概念。它屬于理論物理學家構(gòu)想的一類天體，有個分類名稱叫“無事件視界模仿者”，也就是理論上存在、但沒有事件視界也沒有奇點的一類黑洞替代品。它們不會讓廣義相對論難堪。
那么，引力星到底是個什么東西？它是一種極端致密的星球，擁有極端的質(zhì)量，而且像黑洞一樣，你根本看不見它，因為光也逃不出去。但它們在內(nèi)核構(gòu)造上，跟黑洞有著天壤之別。它的外層是由普通的重子物質(zhì)構(gòu)成，可它的內(nèi)部，填充的竟然是暗能量。正是這股暗能量提供的向外壓力，穩(wěn)穩(wěn)地撐住了引力星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，讓它不至于向內(nèi)無限坍縮。物理學家覺得這種解在數(shù)學上更容易接受，因為它既沒有讓廣義相對論失效的奇點，也沒有那個會引發(fā)信息悖論的事件視界。
這一切聽起來很妙，但那個最根本的問題仍然懸在半空：引力星，究竟是怎么形成的？研究者在論文里點出了動機：“規(guī)則黑洞和無事件視界的黑洞模仿者，為解決標準黑洞帶來的挑戰(zhàn)，提供了數(shù)學上自洽的替代方案。”他們想搞清楚的，就是這個自洽方案在現(xiàn)實宇宙中的誕生過程。當一顆大質(zhì)量恒星走到生命盡頭向內(nèi)爆炸時，到底是什么樣的物理過程，讓它在變成一個看不見的致密天體的同時，內(nèi)部卻填滿了暗能量，從而避開了那個讓所有物理定律都失效的尷尬奇點？這依然是擺在理論物理學家面前一個開放且誘人的懸念。
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