那里可能并没有奇点。
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黑洞想像图。通常我们认为黑洞的中心是一个奇点,但中国科学家经过研究之后认为有另一种可能。ESO
我们常说,黑洞中心有一个奇点。向内越过视界之后,一切都会坠向这个密度无限大的点。在那里,所有已知的物理学定律都会失效,所有方程式得出的结果都没有意义。
但这与其说是一个答案,倒不如说是一种坦白——它实际上在告诉我们,我们已有的物理学知识在那里抵达了尽头。
近日中国兰州大学的两位研究人员——陈坦和王永强,在一篇论文中表示,他们认为某些黑洞内部可能存在着一种奇异的天体结构,并将这种结构称为“黑洞内的中子星”。
这一猜想和美国理论物理学家Nikodem Poplawski十几年前提出的“黑洞内生宇宙”猜想有相通之处——它们都认为黑洞内没有奇点。不同的是Poplawski的猜想认为黑洞通过虫洞和另一个宇宙的白洞——也就是“平行世界”的宇宙大爆炸相连。
而在兰大科学家2025年提出的一个新构想里,某种形态奇异的暗物质若能排列成晕状,并且在其压力和密度之间建立起某种特定的关系,就会形成一种中心没有奇点的黑洞。
在这样的黑洞里,已知的物理学定律依然有效。而这一次研究人员进一步设想,如果这个暗物质晕的中心有一颗中子星,那么整个体系又会如何演化?中子星是会被吞噬,还是能够达成某种平衡?
中子星是大质量恒星停止聚变爆发成超新星后留下的内核残骸,密度极高。一匙中子星物质的质量相当于十座珠穆朗玛峰。但是尽管如此,中子星的极端性依然不如黑洞。
研究人员使用恒星结构标准方程求得了一个独特的解。他们发现,在暗物质晕密度低于某个阈值的情况下,整个体系并不会发生显著的变化——此时的中子星依然会稳稳地端坐在暗物质云的中心,只是形态会被略微压扁;在晕的密度高于某一特定阈值的情况下,整个体系会发生坍缩,此时方程式没有稳定的解。
然而当暗物质晕密度处于这两者之间时,奇怪事情就会发生。模型显示,如果这是一颗半径约8.5千米的中子星,那么此时从距离中子星中心开始向外大约10至12千米处的时空会发生突变,形成一个几何结构翻转的壳层。
这个壳层具备黑洞视界的所有特征。它隔绝了内外,形成了一个类似“黑域”的奇异时空结构,能够把进入其中的一切,包括光和信息,都永久地封锁在里面。
但这个视界并非由奇点产生。其内部实际上包裹了一颗中子星,而且这颗中子星和普通的中子星本质上没什么两样。
该模型的要点在于无需坍缩的介入。形成视界的引力是由中子星和暗物质晕共同提供的,且参与的暗物质质量与这颗中子星的质量相当。研究人员使用两种不同的中子星物质描述方式得出了相同的结果,表明该结果并不依赖于某一特定假设。
不过,要使该假说成立,所需的暗物质密度远超当前学界预期。所以它更像是一个思想实验。它的意义在于宣示了黑洞内部并非物理学的终点,并向我们展示了黑洞内部结构的一种可能——那里有物存在,而不是只有虚无和概念。
参考
A Neutron Star Hidden Inside a Black Hole
https://dx.doi.org/10.48550/arxiv.2608.06224
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