一项新的研究表明，由光形成的黑洞(被称为kugelblitz)不可能存在，因为量子效应会在高光强度下进行干预。这挑战了几十年来天体物理学的推测。来源:美国国家航空航天局/姓名

　　库格尔闪电战的不可能性:量子效应禁止从高co形成黑洞强光的集中。

　　研究人员发现包括由光形成的黑洞，在理论上是不可能的。这一发现来自一个包含量子效应的数学模型，揭示了所需的光强度远远超过宇宙中的光强度。虽然对理论物理学来说令人失望，但这一发现对理解量子力学和广义相对论具有深远的意义。

　　在过去的70年里，天体物理学家已经将“kugelblitz”的存在理论化，这种黑洞是由极高的光浓度引起的。

　　他们推测，这些特殊的黑洞可能与暗物质等天文现象有关，甚至有人建议在遥远的未来作为假想的宇宙飞船引擎的动力源。

　　揭穿kugelblitz:一项新的研究

　　然而，滑铁卢大学和马德里康普顿斯大学的一组研究人员进行的一项新的理论物理学研究表明，在我们目前的宇宙中，kugelblitze是不可能的。

　　“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、周界理论物理研究所(Perimeter Institute for Theoretical physics)的会员爱德华多Martín-Martínez说。因为，在爱因斯坦的广义相对论中，任何一种能量都会使时空弯曲，长期以来人们一直推测，光形式的能量的巨大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。”

　　光致黑洞的量子限制

　　该团队建立了一个数学模型，考虑到量子效应，该模型表明，产生kugelblitze所需的光的浓度将比在类星体(我们宇宙中最亮的物体)中观察到的光的浓度大几十个数量级。

　　应用数学和量子信息博士候选人joss

　　Polo-Gómez说:“早在你达到光的强度之前，某些量子效应就会首先发生。”“如此强烈的光集中会导致电子-正电子对等粒子的自发产生，这些粒子会很快离开该区域。”

　　虽然目前的技术无法在地球上测试达到这种效果的必要条件，但研究小组对他们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。

　　“理解这种现象的一种方法是考虑物质和反物质的湮灭，就像PET扫描时发生的那样。电子和它们的反粒子(正电子)可以相互湮灭，分裂成光子对，或光‘粒子’，”Martín-Martínez说。“我们的结果是‘真空极化’现象和施温格效应的结果，虽然用几句话来解释它们可能很有挑战性，但一种有用的思考方式是这样的:我们预测的阻止光产生黑洞的现象在很多方面都与PET扫描中发生的物质-反物质分解现象相反:当光子大量集中时，它们会分解成电子-正电子对，这些电子-正电子对会迅速散射出去，带走能量，防止引力坍缩。”

　　对物理学和未来技术的影响

　　虽然kugelblitz的不可能性可能会让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(Perimeter Institute)和滑铁卢量子计算研究所(Institute for Quantum Computing at Waterloo)合作实现的基础物理研究领域的一项重要成就。

　　Polo-Gómez说:“虽然这些发现目前可能还没有已知的应用，但我们正在为后代的技术创新奠定基础。”“PET扫描仪背后的科学曾经只是理论上的，现在每家医院都有一台。”

　　这项名为“光不会产生黑洞”的研究发表在《物理评论快报》上。

　　参考文献:《光中没有黑洞》，作者:álvaro álvarez-Domínguez, Luis J. Garay, Eduardo Martín-Martínez和jos

　　Polo-Gómez, 2024年7月26日，《物理评论快报》。DOI: 10.1103 / PhysRevLett.133.041401