物理学家称量子效应阻止高浓度强光形成黑洞
在过去的七十年里，天体物理学家一直推测“球状闪电”黑洞的存在，这种黑洞是由极高浓度的光引起的。他们推测，这些特殊的黑洞可能与暗物质等天文现象有关，甚至有人认为它们是遥远未来假想宇宙飞船引擎的动力来源。
然而，滑铁卢大学和马德里康普顿斯大学的研究人员团队的最新理论物理研究表明，在我们当前的宇宙中，球状闪电是不可能的。他们的研究题为“光中不存在黑洞”，已在arXiv预印本服务器上发表，即将在《物理评论快报》上发表。
“最常见的黑洞是由大量常规物质在自身引力作用下坍缩而形成的，”应用数学和数学物理学教授、圆周理论物理研究所成员爱德华多·马丁-马丁内斯 (Eduardo Martín-Martínez) 说。
“因为在爱因斯坦的广义相对论中，任何一种能量都会弯曲时空，所以人们长期以来推测，以光形式存在的大量能量集中可能会导致类似的坍缩。然而，这一预测没有考虑量子效应。”
研究团队建立了一个数学模型，将量子效应考虑在内，证明形成球状闪电所需的光浓度将比观测到的类星体（宇宙中最亮的物体）高出几十个数量级。
“早在达到这种光强度之前，某些量子效应就会首先发生，”应用数学和量子信息博士候选人 José Polo-Gómez 说道。“这种强度的光会自发产生电子-正电子对等粒子，这些粒子会迅速离开该区域。”
尽管使用现有技术无法在地球上测试实现这种效果所需的条件，但该团队可以对他们的预测的准确性充满信心，因为他们依赖于与正电子发射断层扫描 (PET) 相同的数学和科学原理。
“理解这一现象的一种方法是思考物质和反物质的湮灭，就像 PET 扫描期间发生的情况一样。电子及其反粒子（正电子）可以相互湮灭并分解成光子对或光‘粒子’，”马丁-马丁内斯说。
“我们的研究结果是‘真空极化’现象和施温格效应的结果，虽然用几句话解释它们可能具有挑战性，但一个有用的思考方式是：我们预测的阻止光形成黑洞的现象在很多方面类似于 PET 扫描中发生的物质-反物质衰变现象的对立面。当光子浓度很高时，它们会分解成电子-正电子对，这些电子-正电子对会迅速散开，带走能量并防止引力坍缩。”
虽然无法实现球形闪电可能会令天体物理学家感到失望，但这一发现是应用数学、圆周研究所和滑铁卢量子计算研究所合作开展的基础物理研究中的一项重要成就。
“虽然这些发现目前可能还没有已知的应用，但我们正在为我们的后代的技术创新奠定基础，”Polo-Gómez 说。“PET 扫描仪背后的科学曾经也只是理论上的，但现在每家医院都有一台。”
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