大阪大学、日本大学和中央大学组成的研究团队提出了一个新颖的理论框架，可以仅通过桌面实验便能理解黑洞的物理性质。该项目将能够从极小尺度以及超大尺度两方面来阐明宇宙运转的基本定律。
最近，Event Horizon望远镜【1】发布了黑洞的第一张照片，整个世界都为之震惊。更确切地来说，这些照片其实显示的是一个被称为爱因斯坦环的明亮圆圈，这个环由勉强逃脱黑洞巨大引力抓捕的光线构成。根据广义相对论，时空结构本身因黑洞的质量而变得如此扭曲，以至于它表现得就像一个巨大的透镜，光环也便因此生成。
图1：根据桌面实验对黑洞图像的理论预测。光环半径取决于温度，并且黑洞图像的形状将随观察点θobs改变而变化。
但不幸的是，我们对黑洞的理解仍然不够完整，因为广义相对论（用于描述恒星和星系尺度的自然定律）目前与量子力学（用于描述宇宙在甚小尺度上如何运行的最佳理论）并不兼容。根据定义，黑洞将巨大质量压缩在了相当小的范围内，因此有必要将上述两种目前为止在各自领域运用非常成功但却相互冲突的理论调和到一起，来理解黑洞。
有希望解决这个难题的方法之一是弦论，该理论认为所有物质都由很小的振动弦构成。该理论的一个版本预测了我们在所熟悉的四维（空间的三个维度加上时间）中认知到的物理定律与五维内的弦之间的对应关系。这种对应有时也被称为“全息对偶性”，因为它让人联想到能够存储3D测量目标所有信息的二维全息图。
在该新发表的研究中，来自大阪大学的桥本幸士，日本大学的村田佳树和中央大学的木下俊一郎这几位作者，运用这一概念来说明了如何使用只有两个维度的球体表面进行桌面实验以在三个维度上对黑洞进行模拟。通过该实验装置，他们对从球形表面某个点的光源发出的光在另一点上进行了测量，如果该球形材料可以进行全息照相，则应能够用来对黑洞进行成像。桥本说：“如果可以通过此桌面实验观察到所模拟黑洞的全息图像，那么我们就找到了进入量子引力世界的入口。” 研究人员还计算了在理论成立的假设下能够观察到的爱因斯坦环的半径。作者村田佳树说：“我们希望该项目能够为从根本上理解我们宇宙的运转机制指明方向。”
名词解释：
【1】Event Horizon望远镜，即事件视界望远镜，是一个以观测星系中央特大质量黑洞为主要目标的计划。该计划以甚长基线干涉技术（VLBI）结合世界各地的射电望远镜，使许多相隔数十万公里的独立天线能互相协调、同时观测同一目标并记录下数据，形成一口径等效于地球直径的虚拟望远镜，将望远镜的角分辨率提升至足以观测事件视界尺度结构的程度。EHT期望借此检验爱因斯坦广义相对论在黑洞附近的强重力场下是否会产生偏差、研究黑洞的吸积盘及喷流、探讨事件视界存在与否，并发展基本黑洞物理学。根据电脑模拟，环绕黑洞的物质发出的光将被黑洞自身质量产生的重力透镜效应弯曲，在黑洞周围形成一光环，而光环中央衬托出的圆形剪影便是黑洞的轮廓，也就是事件视界。（引自wikipedia)
【论文信息】
题目："Einstein Rings in Holography”
杂志：Physical Review Letters
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.031602
供稿 钟维
编辑修改 JST客观日本编辑部
