研究解决了引力波的引力坍缩之谜 - {$web_name} 团队察觉它们相当一致

引力波的强度是距原点(横轴)的距离和时间的具体度量(纵轴)的函数。这两个面板代表了来自两种各异代码的结局，团队察觉它们相当一致。资料以这样的方式显示，即精确的自相似性将在该图像中形成精确重复的图案。尽管探究人员清楚地观察到重复的胡歌热搜模式，但也很清楚，它们只是近似地重复，而不是精确地重复。鸣谢:uux.cn/鲍姆加特等人，《物理留言快报》(2023)。DOI: 10.1103/PhysRevLett
（神秘的地球uux.cn）据美国物理学家组织网（英格丽德·法德利）：黑洞是空间中的一个区域，在那里引力是如此之强，以至于任何东西都无法逃离它们，乃至是聚焦电影预告速递光。这些迷人的区域已然变成无数探究的中心，但是它们形成背后的一些物理机制还没有被完全理解。
黑洞是在所谓的引力坍缩中形成的。这本质上是一个宇宙物体的收缩，由它自身的引力吸引物质向内(即，朝向物体的重心)。
这种坍缩的物体是否会形成黑洞取决于该物体的具体性质。在某些状况下，一个物体或许相当接近阈值，很难确定是否形成黑洞。这种类型的坍缩导致了所谓的临界现象。
几十年来，物理学家一直试图理解重力塌缩中的临界现象，由于它的业内智能手表资讯一些属性与其他知名的物理操控系统一样。美国鲍登学院和德国、布拉格、英国和葡萄牙的其他探究所的海外探究兴办最近在《物理留言快报》上发表了一篇论文，该论文察觉了三个独立开展的这些现象的数值模拟之间的一致，并解决了该探究领域的一些持久困惑。
该论文的合著者Thomas W. Baumgarte告诉Phys.org说:“大约30年前，Matt Choptuik首次报导了接近黑洞形成的重力塌缩中的临界现象。”
一若干是由于这些效应与其他物理领域的临界现象(例如统计物理中的相变)有许多一样的性质，另一若干是由于它们提出了有关广义相对论性质的基础难题，它们马上吸引了来自各异物理领域的许多探究人员的注意
临界重力塌缩最吸引人的两个特性是普遍性和自相似性。在这种状况下,“普适性”这个术语指的是这样一种观点，即不管计算如何着手，随着黑洞形成的着手，解决计划将总是关于节能减排，写进日记里一样的。另一方面，自相似性意味着，随着物理尺度的压缩，这个普适解将重复一样的模式。
“尽管Choptuik的计算关乎到所谓的标量场身为物质来源，但安德鲁·亚伯拉罕斯和查克·埃文斯不久就报表了引力波的重力塌缩(即没有任何物质的纯重力)的相似效应，”鲍姆加特阐释道。
“更进一步的区别是，Choptuik能够假设球对称，而引力波不能以球对称存在，以至于亚伯拉罕和埃文斯不得不放宽球对称的假设。不幸的是，很难再现后一种结局，由于一些数字代码在这种状况下完全失效，或者提供的结局似乎与亚伯拉罕和埃文斯的结局相矛盾。”
在20世纪90年代获得了显著矛盾的结局之后，近30年来，“纯引力”临界坍缩的性质依然是一个未解之谜。但是，最近，三个各异的探究小组使用独立开发的代码对这种崩塌开展了独立的数值模拟。
“所有这三种代码都解决了爱因斯坦的广义相对论方程，但它们使用了完全各异的数值策略(例如，光谱方法与有限差分方法)，”鲍姆加特说。笛卡尔坐标与球极坐标、各异的规范条件等。所有这三种代码还对所谓的‘限幅条件’做出各异的挑选(即，它们对代码中时间前进的速率使用各异的挑选)。”
Baumgarte和他的同仁最近的探究的首要目标是共同检查最近由这三个各异的探究小组开展的三个数值模拟。所以，他们的论文是团队的共同奋斗，旨在将他们独立的探究岗位联系起来，以揭示引力坍缩的本质。
“身为第一个察觉，我们报表说，尽管有所有的数字差异，我们的代码对引力波的临界坍缩形成了完全一致的结局，”鲍姆加特说。“这让我们相信这些察觉是正确的，而不是数字假象。为切片条件做出合适的挑选变得至关重大:一个相当普遍的其他挑选，一个在许多其他数值相对论模拟中顺利的挑选，在这种状况下失利了，这阐释了为什么过去解决这个难题的一些使用失利了。”
值得注意的是，在他们的三个独立的数值模拟中，探究人员没有察觉扶持普适性的证据。换句话说，他们察觉，在接近黑洞形成时，用各异的初始资料着手数值会形成各异的值。
“我们的察觉阐释了另一个谜团，”鲍姆加特说。“一些先前的探究报表了与亚伯拉罕和埃文斯的结局的差异，所以看起来相互矛盾，但是，这些探究也使用了各异的初始资料。所以，只有在普遍性的假设下，结局之间的不一致才构成矛盾——对此我们看不到任何证据。”
尽管探究人员没有察觉普遍性的证据，但他们察觉了自相似性的近似证据。但是，有趣的是，与在球对称临界坍缩的状况下观察到的各异，他们观察到的自相似性似乎并不精确。
早在20世纪90年代，亚伯拉罕和埃文斯也报导了一种不精确的自相似性。这些最近的结局所以与先前的察觉一致，潜在地表明，所报导的与精确自相似性的偏离或许与缺乏球形对称性有关。
Baumgarte和他的同仁最近的岗位或许不久为新的数值和理论探究铺平道路，这些探究旨在进一步探究和重新兴办引力波的临界坍缩。这或许会让物理学家更接近于揭示这种有趣的物理现象的本质和奥秘，这种现象被觉得是在黑洞形成之前发生的。
“尽管我们觉得我们的岗位已然解决了引力波临界坍缩背景下的几个公开难题，但几个后续难题依然存在，”鲍姆加特补充说。“例如，我们察觉一些初始资料家族有近似自相似的解，但其他家族没有，其他家族的‘阈值解’的性质依然不清楚。
还期盼对黑洞形成的着手开展更好的微调(例如，使用具有更好分辨率和/或其他改进的数字代码)来开展模拟，以探索是否呈现了比迄今为止任何人都做到的更好的通用临界微调解决计划。
“最后，我们打算调研是什么导致了与精确自相似性的偏离，并确定这些偏离是否与缺乏球面对称性直接有关。”