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爱因斯坦错了：黑洞不可能由光单独形成
研究发现，量子效应阻止了光形成黑洞的可能性，否定了爱因斯坦的相关理论。
爱因斯坦的相对论预言黑洞可以由光单独形成，但量子效应的加入使这种情况变得不可能。
看起来，光单独形成黑洞是不可能的。根据Albert Einstein的理论，能量和质量是一体的，因此应该可以创造出一个光密度足以塌陷成黑洞的区域。但更深入的研究表明，量子效应阻止了这种情况的发生。
黑洞通过光塌陷形成的概念，称为kugelblitz，已经存在了几十年，研究人员考虑过如何在实验室中制造它们，甚至是否可以用于给星舰提供动力。但当Eduardo Martín-Martínez及其加拿大滑铁卢大学的同事将量子效应纳入我们对kugelblitze的理解时，显然这些奇特的物体可能无法形成。
“在我们宇宙的现有条件下，即使使用目前不存在的超级强大激光，也无法自然或人工形成kugelblitz，”Martín-Martínez说道。
这是因为一种名为Schwinger效应的量子现象，其中物质由极端电磁场产生。当强大的光束在一个小区域内集中时，会自发地产生电子和正电子对。它们的形成会从其父场中窃取一些能量。
研究人员发现，形成kugelblitz所需的极高光浓度会以同样高的速度从Schwinger效应中产生电子和正电子。这些粒子和反粒子会从光中迅速逃离，从而阻止黑洞的凝结。 “这些效应在结构接近黑洞之前就阻碍了黑洞的形成，”滑铁卢大学的José Polo-Gómez说。
研究人员发现，这一规则适用于半径从10万公里到10^-29米(比质子小数万亿倍)的黑洞。“被排除的长度范围非常大，所以我认为它涵盖了所有现实场景，至少根据我们目前对物理的理解，”英国谢菲尔德大学的Elizabeth Winstanley说，她并未参与这项工作。
唯一可能的例外是在早期宇宙，当时整个时空的行为不同。这种差异可能使kugelblitze得以形成。研究也没有排除先由物质形成黑洞，然后再用光增长的可能性。
“一旦黑洞形成，你当然可以向其中投射光，”Martín-Martínez说。“但一旦光越过黑洞的事件视界，它就不再是光了——根据广义相对论，无法判断黑洞是由什么组成的。”这也意味着如果kugelblitze在早期宇宙形成，我们无法将它们与普通黑洞区分开来。
“广义相对论的方程有很多涉及我们可能认为是不物理现象的奇异解，”Winstanley说。“因此，这种分析对于识别现实的广义相对论解并排除在物理宇宙中不可能出现的解非常重要。”
本文译自 New Scientist，由 BALI 编辑发布。