吞噬一切的黑洞甚至有“压力”

基于量子引力的有效场理论，研究人员利用Wald熵公式计算了黑洞熵的量子引力修正，发现黑洞不仅有温度，而且对外界有压力。这种压力的效果很弱。对于一个太阳大小的黑洞，产生的压力只有地球大气压的10-46倍。

人们在生活和工作中承受着或大或小的压力。然而，令人惊讶的是，在宇宙深处，即使是可以吞噬一切的黑洞也有“压力”。

最近，一项新的研究表明，英国苏塞克斯大学的物理学家发现，黑洞实际上是更复杂的热力学系统，不仅包括温度，还包括压力。这是科学家首次发现黑洞有压力，相关研究成果发表于《物理评论D》。

为什么黑洞有压力？这次研究人员是如何发现这个特征的？未来应该如何验证？带着这些疑问，《科技日报》记者采访了北京师范大学物理系副教授、引力物理专家张宏宝。

从黑洞假说到揭示“真实内容”。

黑洞作为20世纪物理学中最重要的假说之一，吸引着物理学家和天文爱好者。

早在1783年，英国地理学家约翰米歇尔就提出，宇宙中可能存在一个天体，其密度之大，连光都无法逃脱。1915年，爱因斯坦在广义相对论中提出，一些大质量的恒星会演化成巨大的引力场。1916年，德国天文学家卡尔史瓦西的计算结果表明，如果大量物质集中在一个很小的空间里，它产生的引力会使光无法逃逸。1968年，美国天体物理学家约翰阿奇博尔德惠勒正式提出“黑洞”一词。

但由于黑洞无法直接观测，人类只能通过一些间接的方法来证明黑洞的存在，比如其他物体或吸入物体的信息，并根据这些信息来研究黑洞。

随着科普和科幻作品的普及，黑洞已经成为最广为人知的科学概念之一，黑洞的神秘本质也激发了人们对宇宙的好奇心。在过去的几十年里，科学家们提出了许多关于黑洞特征的假说，但到目前为止，仍有许多谜团有待解开。

2019年4月，经过200多名研究人员10多年的艰苦努力，人类终于拍摄到了历史上第一张黑洞照片，这是黑洞研究史上的里程碑。

“奇怪”的数字揭示了黑洞压力。

即使看到了黑洞的“面值”，人类对黑洞的属性仍然知之甚少。然而，随着研究的深入，科学家们也在不断地有新的发现，而这些研究成果也让黑洞的科学形象越来越“丰满”。

事实上，早在1974年，著名物理学家霍金就提出了一个假设，认为黑洞可以不断向环境辐射热量，并具有类似黑体的辐射光谱，即“霍金辐射”。这意味着黑洞应该有温度，黑洞最终会完全蒸发。根据霍金的理论，黑洞并不意味着绝对的虚无，而是发射粒子，即辐射热辐射。霍金认为，这种辐射最终会导致黑洞失去足够的能量和质量，最终导致其消失。

在过去的两年里，许多研究探索了霍金的假设。例如，2019年，以色列理工学院的科学家利用玻色-爱因斯坦凝聚态的极冷气体模拟黑洞的事件视界(即黑洞的一个不可见的时空边界，任何东西都无法逃离事件视界)。在这个实验中，科学家观察到了霍金辐射。

在这项最新研究中，由英国苏塞克斯大学的两位物理学家泽维尔卡尔梅(Xavier Calme)和福克特卡佩斯(Fockt Capes)教授领导的研究团队，在用量子引力修正史瓦西黑洞(最常见的黑洞模型之一)的熵时，发现了一个“奇怪”的数字。然后，研究人员意识到他们看到的数字所代表的身体行为只是一种压力。——黑洞也会对周围的空间施加压力。

基于量子引力的有效场理论，研究人员利用Wald熵公式计算了黑洞熵的量子引力修正，发现黑洞不仅有温度，而且对外界有压力。这种压力的效果很弱。对于一个太阳大小的黑洞，产生的压力只有地球大气压的10-46倍。不过，研究人员也表示，目前还不清楚造成这种压力的更深层次原因。

对“发现黑洞压力”的研究也不足。

对于最新的研究，张宏宝解释说，从科研角度来看，刚刚发表的研究论文是一项相当常规的工作，没有任何重大突破，仍然存在两大问题。首先，我们没有一个完整的量子引力理论。如前所述，该计算基于有效场论。当熵进行量子修正时，或许它的质量也进行了量子修正，这样所谓的黑洞压力就不存在了，但热力学第一定律仍然是正确的。第二，即使这种量子修正可以解释为黑洞压力的存在，它的可观测效应也很小，因此缺乏观测价值。在这一成果与其他理论的对话中，这两个缺点会产生更大的影响。

张宏宝说，在天体物理和宇宙学研究中，物理和数学之间，可观测现象和不可观测现象之间的各种对话和碰撞是常见的。科学研究需要以严谨的方法论为基础，人类认知的拓展是一个渐进的过程，单一的研究很难有决定性的意义。“在数学公式中寻找黑洞压力”是一个有趣的发现，但这只是一个小小的尝试。正是在这些不断的探索中，黑洞的形象逐渐变得“丰满”，轮廓也变得更加清晰。对于真正的科学家来说，“发现黑洞”是一项长期持续的工作，而不是一次性的工作。