圖：如果科學(xué)家能夠發(fā)現(xiàn)黑洞陰影小于現(xiàn)存物理理論預(yù)測的結(jié)果，那么，大黃蜂引力便可以得以驗證。

長久以來，物理學(xué)家一直認為，宇宙在任何方向都是完全對稱的，而現(xiàn)在，他們發(fā)現(xiàn)了論證這一假設(shè)的新方式：計算黑洞陰影。

如果黑洞陰影比當(dāng)前物理理論預(yù)測的數(shù)據(jù)小一點，那么，我們便可以驗證大黃蜂引力這一概念。這一概念提出，看上去完美對稱的宇宙并不像我們認為的那樣完美。

如果科學(xué)家可以發(fā)現(xiàn)這樣一顆擁有較小陰影的黑洞，那么，我們便能夠重新認知引力，并且，或許能夠解釋宇宙加速膨脹之謎。

為了更好的理解大黃蜂引力這一概念，還是讓我們先理清一些基礎(chǔ)概念。

照鏡子

物理學(xué)家喜歡對稱，畢竟，它有助于我們理解一些宇宙深處的秘密。例如，物理學(xué)家意識到，如果你開展一項基礎(chǔ)物理學(xué)實驗，無論你如何變動實驗設(shè)備擺放的位置，你都會得到相同的實驗結(jié)果。（也就是說，如果其他包括溫度、重力等因素不變的情況，實驗結(jié)果相同）

換句話說，無論你在宇宙何處開展實驗，你都會得到相同的結(jié)果。我們通過數(shù)學(xué)邏輯表達式描述了這一概念，并形成了我們所知的動力守恒定律。

另一個例子：如果你在重復(fù)實驗前稍等一會，你仍然會得到相同的結(jié)果。（再次說明，其他條件相同）。這一時間對稱性又直接形成了能量守恒定律，也就是說，這一能量無法被創(chuàng)造也無法被破壞。

此外，另一個重要的對稱性奠定了現(xiàn)代物理學(xué)基礎(chǔ)，這便是為紀念物理學(xué)家亨德里克.勞倫茨而以其名字命名的“勞倫茨”對稱。勞倫茨在20世紀初發(fā)現(xiàn)了這一對稱性。借助這一理論，我們可以發(fā)現(xiàn)，無論你在何處何時開展實驗，在條件不變的情況下，你都將得到相同的結(jié)果。你也可以用固定速度加強實驗，但你仍會得到相同的實驗結(jié)果。

換句話說，如果所有條件保持一致（是的，我一直在重復(fù)這一條件，這是因為這一條件非常重要），那么，無論你在任何地方開展一項實驗，并以半光速的速度重復(fù)這一實驗，你都將的想到相同的結(jié)果。

這便是勞倫茨發(fā)現(xiàn)的對稱性：無論位置、時間、方向以及速度如何，物理定律都將保持一致。

那么，我們從這一基礎(chǔ)對稱原理中有何收獲？對于初學(xué)者來說，我們收獲了愛因斯坦的狹義相對論，提出了恒定光速，并解釋了在時空中以不同速度漫游的物質(zhì)。

大黃蜂引力

作為物理學(xué)元理論，狹義相對論是如此重要：如果你想構(gòu)造關(guān)于宇宙如何運作的理論，你必須考慮狹義相對論規(guī)則。

又或者，不。

物理學(xué)家一直在努力建構(gòu)新的物理學(xué)理論，這是因為包括描述物質(zhì)如何扭曲時空的廣義相對論以及粒子物理標準模型等既有理論無法解釋宇宙中的所有現(xiàn)象，例如，黑洞中心發(fā)生了什么？而尋求新物理發(fā)現(xiàn)最刺激的地方便是，探索極端條件下，既有概念出現(xiàn)的不準確性，例如勞倫茨對稱理論。

一些引力模型表明，宇宙并不是完全對稱的。這些模型預(yù)測，宇宙中存在一些特殊物質(zhì)，促使其無法一直遵循勞倫茨對稱。換句話說，宇宙中或許存在一個特殊或者說特權(quán)方向。

這些新模型論述了“大黃蜂引力”假設(shè)。這一名稱來自于科學(xué)家此前的一個設(shè)想，即他們曾經(jīng)認為，由于大黃蜂的翅膀無法形成飛行所需的提升力，所以它并不會飛行。（順便提一句，科學(xué)家并未相信這一設(shè)想）。我們還未完全明白這一引力模型如何運作以及如何與我們當(dāng)前所知的宇宙相融合，但是，我們知道，它就在我們面前，以一種新物理學(xué)的形象供我們選擇。

能夠最大程度運用大黃蜂引力模型來解釋的領(lǐng)域或許是暗能量領(lǐng)域，即有可能造成我們迄今所知的宇宙加速膨脹的物質(zhì)。有跡象表明，打破勞倫茨對稱的物質(zhì)一定程度上與加速宇宙膨脹的有關(guān)。另一方面，由于我們并未明白何種物質(zhì)創(chuàng)造了暗能量，這一可能性便顯得更加令人著迷。

黑洞陰影

圖：8座天文望遠鏡以及超過200位天文學(xué)家創(chuàng)造了這一前所未有的令人震驚的遙遠黑洞圖像。中心暗黑色圓圈便是黑洞陰影。

現(xiàn)在，你已經(jīng)有了打破權(quán)威觀點的新型引力理論，例如反對稱性理論。那么，你又會在哪里驗證這一理論呢？你最好是去重力被拉伸到絕對極限的地方去驗證這一理論，也就是黑洞。在這項尚未進行同行評審并于2020年11月在線發(fā)布到預(yù)印本數(shù)據(jù)庫arXiv的新研究中，研究人員正是這樣做的，他們首先建立了模擬宇宙的逼真模型，此后，再聚焦于這一模型中的黑洞陰影，并對其開展研究。

（還記得一年前首次發(fā)布的M87黑洞圖像嗎？那便是出自視界望遠鏡之手。光圈中心令人難以忘懷的黑暗虛空便是黑洞陰影，該區(qū)域吸收所有來自背面和周圍的光。）

為了使模型盡可能逼真，團隊將黑洞置于加速膨脹的宇宙背景之中（正如我們所觀測到的那樣），并且調(diào)整了不對稱程度，從而使其匹配科學(xué)家測量到的暗能量行為。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這一條件下，黑洞陰影會比正常宇宙世界中的黑洞陰影小10%，從而位科學(xué)家驗證大黃蜂引力提供了清晰的路徑。盡管當(dāng)前M87黑洞圖像是如此模糊，以至于難以清楚發(fā)現(xiàn)其差異，但是，科學(xué)家正在努力獲取更多黑洞更清晰的圖片，從而揭示宇宙進程中最深層次的奧秘。

BY: Paul Sutter

FY: 秋

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