大阪大學、日本大學和中央大學組成的研究團隊提出了一個新穎的理論框架，可以僅透過桌面實驗便能理解黑洞的物理性質。該專案將能夠從極小尺度以及超大尺度兩方面來闡明宇宙運轉的基本定律。
最近，Event Horizon望遠鏡【1】發佈了黑洞的第一張照片，整個世界都爲之震驚。更確切地來說，這些照片其實顯示的是一個被稱爲愛因斯坦環的明亮圓圈，這個環由勉強逃脫黑洞巨大重力抓捕的光線構成。根據廣義相對論，時間結構本身因黑洞的質量而變得如此扭曲，以至於它表現得就像一個巨大的透鏡，光環也便因此生成。
圖1：根據桌面實驗對黑洞影像的理論預測。光環半徑取決於溫度，並且黑洞影像的形狀將隨觀察點θobs改變而變化。
但不幸的是，我們對黑洞的理解仍然不夠完整，因爲廣義相對論（用於描述恆星和星系尺度的自然定律）目前與量子力學（用於描述宇宙在甚小尺度上如何運行的最佳理論）並不相容。根據定義，黑洞將巨大質量壓縮在了相當小的範圍内，因此有必要將上述兩種目前爲止在各自領域運用非常成功但卻相互衝突的理論調和到一起，來理解黑洞。
有希望解決這個難題的方法之一是弦論，該理論認爲所有物質都由很小的振動弦構成。該理論的一個版本預測了我們在所熟悉的四維（空間的三個向度加上時間）中認知到的物理定律與五維内的弦之間的對應關係。這種對應有時也被稱爲「全息對偶性」，因爲它讓人聯想到能夠存儲3D測量目標所有資訊的二維全息圖。
在該新發表的研究中，來自大阪大學的橋本幸士，日本大學的村田佳樹和中央大學的木下俊一郎這幾位作者，運用這一概念來說明了如何使用只有兩個向度的球體表面進行桌面實驗以在三個向度上對黑洞進行類比。透過該實驗裝置，他們對從球形表面某個點的光源發出的光在另一點上進行了測量，如果該球形材料可以進行全息照相，則應能夠用來對黑洞進行成像。橋本說：「如果可以透過此桌面實驗觀察到所類比黑洞的全像術，那麼我們就找到了進入量子重力世界的入口。」 研究人員還計算了在理論成立的假說下能夠觀察到的愛因斯坦環的半徑。作者村田佳樹說：「我們希望該專案能夠爲從根本上理解我們宇宙的運轉機制指明方向。」
名詞解釋：
【1】Event Horizon望遠鏡，即事件視界望遠鏡，是一個以觀測星系中央特大質量黑洞爲主要目標的計劃。該計劃以甚長基線干擾技術（VLBI）結合世界各地的射電望遠鏡，使許多相隔數十萬公里的獨立天線能互相協調、同時觀測同一目標並記錄下資料，形成一口徑等效於地球直徑的虛擬望遠鏡，將望遠鏡的角解析度提升至足以觀測事件視界尺度結構的程度。EHT期望藉此檢驗愛因斯坦廣義相對論在黑洞附近的強重力場下是否會產生偏差、研究黑洞的吸積盤及噴流、探討事件視界存在與否，並隊形變換基本黑洞物理可用能學。根據電腦類比，環繞黑洞的物質發出的光將被黑洞自身質量產生的重力透鏡效應彎曲，在黑洞周圍形成一光環，而光環中央襯托出的圓形剪影便是黑洞的輪廓，也就是事件視界。（引自wikipedia)
【論文資訊】
題目："Einstein Rings in Holography」
雜誌：Physical Review Letters
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.031602
供稿 鍾維
編輯修改 JST客觀日本編輯部
