宇宙审查假说

✍ dations ◷ 2025-06-30 17:58:28 #黑洞,广义相对论

在广义相对论中,强形式和弱形式的宇宙审查假说(Cosmic censorship hypothesis)之提出,是为了从数学上解释引力奇点的结构。

在爱因斯坦场方程的解中存在隐藏于事件视界之内因而无法从时空的其他部分观察的奇点。没有隐藏于视界之内的奇点被称为“裸奇点”。弱形式的宇宙审查假说猜测,除了大爆炸是裸奇点之外,宇宙中不存在任何其他的裸奇点。这个假说由罗杰·彭罗斯在1969年提出。宇宙审查假说和所谓的编年审查是有所不同的。后者中每一条封闭类时曲线都穿过事件视界,从而可能阻止观察者对因果违背现象进行观察。

由于奇点的物理行为是未知的,如果奇点可由时空其他部分观察到,那么因果关系就会断裂,物理学就可能失去预测的能力。根据彭罗斯-霍金奇点理论,由于在具有物理意义的情况下,奇点是不可避免的,这使得上述假说(裸奇点的存在将导致因果关系断裂)也变得不可避免。此外,如果裸奇点不存在,那么宇宙将成为确定性的——有可能仅根据某个时刻的宇宙状态(更精确地说,是一个被称为柯西曲面的类空的三维超曲面的状态),推测出宇宙的全部演进过程(或许需要排除隐藏在奇点视界中的有限空间)。宇宙审查假说如果失效,则会导致宇宙的确定性失效,因为还不可能从奇点的因果关系导出宇宙的时空行为。宇宙审查假说是物理学界正式关注的问题,一般提到黑洞的事件视界时,总会涉及某种形式的宇宙审查假说。

审查假说最早由罗杰·彭罗斯在1969年非正式的提出。宇宙审查假说看起来更像一个研究计划:找到一个具有物理学意义并可被严格证明或证伪的正式描述。

弱审查和强审查是关于时空几何结构的两种数学猜想。

上述两个猜想在数学上是独立的。存在时空结构使得弱审查猜想成立而强审查猜想失效;同样存在时空结构使得强审查猜想成立而弱审查猜想失效。

考虑具有质量 M {\displaystyle M} 和角动量 J {\displaystyle J} 的黑洞,可用克尔度规来导出沿着黑洞轨道运动的粒子的效应势能。该势能具有如下形式:

其中, r {\displaystyle r} 是坐标半径, e {\displaystyle e} l {\displaystyle l} 分别是测试粒子的守恒能和角动量(从基灵矢量场导出构建)。

为了确保宇宙审查假说成立,黑洞需要满足 a < 1 {\displaystyle a<1} 。这是由于只有当 a < 1 {\displaystyle a<1} 满足时,奇点才会处于事件视界之内。这就相当于把黑洞的角动量限定在某个阈值之下,否则视界就不会存在。

下面的思维实验是根据Hartle的引力概念构建的:

考虑构建违背宇宙审查的特例,即使得黑洞的角动量增长并超过了阈值(假说初始角动量是小于阈值的)。这可以通过角动量为 l = 2 M e {\displaystyle l=2Me} 的测试粒子完成。由于这个粒子具有角动量,只有当黑洞的最大势能满足小于 ( e 2 1 ) / 2 {\displaystyle (e^{2}-1)/2} 时才能捕获它。

在如何明确宇宙审查猜想的定义方面,存在这样一些问题:

Mark D. Roberts于1985年发现,标量爱因斯坦方程 R a b = 2 ϕ a ϕ b {\displaystyle R_{ab}=2\phi _{a}\phi _{b}} 的精确解可推导出宇宙审查假说的反例:

其中 σ {\displaystyle \sigma } 是常量。

相关

  • 回盲瓣回盲瓣(Ileocecal valve)是分隔大肠和小肠的括约肌。主要功能是避免大肠内的物质回流进回肠。每天约有二升的流体会经过回盲瓣进入大肠。
  • 赤道赤道通常指地球表面的点随地球自转产生的轨迹中周长最长的圆周线,长40,075.02千米(24,901英里)。如果把地球看做一个绝对的球体的话,赤道距离南北两极相等。它把地球分为南北两
  • 京阪神京阪神(日语:京阪神/けいはんしん Kei han shin */?)是对日本的京都市、大阪市、神户市之合称,同时也指以这3座都市为中心的大都会区,为近畿地方的发展核心,也是日本第二大都会区
  • 提图斯提图斯·弗拉维乌斯·维斯帕西亚努斯(Titus Flavius Vespasianus,与父亲维斯帕先同名),史学家通称为提图斯,教会中文作提多王,41年(一说为39年)12月30日—81年9月13日。罗马帝国弗拉
  • 驿马车驿站马车(又译公共马车)是种四轮的、运送乘客或邮件的马车,由四匹马拖拉,在火车运输方式被发明前这种运输工具被广泛应用。在北美,一辆驿站马车将在大约每隔15英里的驿马站换一次
  • 绿庄事件绿庄事件(日语:みどり荘事件),是1981年在日本国大分县大分市所发生的杀人事件,或称为大分女子短大生杀人事件。由于对犯人的追诉权时效已于1996年6月28日到期,故本案已成为悬案。
  • 沙曼·乔希沙曼·乔希 (英语:Sharman Joshi, 古吉拉特语:શરમન જોશી, 印地语:शर्मन जोशी,1979年4月28日-)是一名印度电影和戏剧演员。他出演了许多舞台剧和电影,戏剧作品以
  • 奥斯卡·汉默斯坦二世奥斯卡·汉默斯坦二世(Oscar Hammerstein II,1895年7月12日-1960年8月23日),美国著名音乐人、歌词作家、音乐剧制片人、导演,曾同理查德·罗杰斯合作,两次获得奥斯卡最佳原创歌曲奖
  • 曼彻斯特轻铁曼彻斯特轻铁(英语:Manchester Metrolink)为英国大曼彻斯特郡的轻轨电车,以曼彻斯特市中心为中心,开往奥尔特灵厄姆、阿什顿安德莱恩、伯里、Didsbury、Eccles、曼彻斯特机场和罗
  • 存货生产存货生产(Build to Stock, BTS)又称计划式生产,指产品采提前生产方式,产品存入库存。通常用于生产标准化产品,特色是可以直接由库存快速配送给顾客,但有可能生产过多间接造成库存