神秘的物理学：”你能想象到的宇宙中最激烈的事件之一”

最近对两个黑洞以接近光速碰撞的模拟，揭示了被一位天体物理学家称为”你能想象到的宇宙中最暴力的事件之一”背后的神秘物理学。制作这些模拟的约翰-霍普金斯大学博士后托马斯-海尔弗说：”在非常接近光速的情况下正面轰击两个黑洞，这是一件有点疯狂的事情。与碰撞相关的引力波可能看起来很反常，但这是你能想象到的宇宙中最激烈的事件之一。”

发表在《物理评论快报》上的这一发现，是对这种灾难性冲突的后果的首次详细观察，并显示了残余黑洞将如何形成并通过宇宙发送引力波。

黑洞合并是宇宙中为数不多的事件之一，其能量足以产生可探测的引力波，引力波携带着大规模宇宙碰撞产生的能量。就像池塘里的涟漪，这些波在宇宙中流动，扭曲了空间和时间。但与在水中流动的波不同，它们极其微小，并在”时空”中传播。”时空”是一个令人费解的概念，它将空间的三个维度与时间的概念相结合。

模拟显示了两个黑洞在接近光速时的碰撞，揭示了一个天体物理学家称之为”你能想象到的宇宙中最猛烈的事件之一”的神秘物理学。这项工作是对这种灾难性碰撞的后果的首次详细观察，并显示了一个残余黑洞将如何形成，并在宇宙中发出引力波。

“如果一个引力波穿过我，它会让我变得更瘦更高，然后更矮更胖，”共同作者、约翰霍普金斯大学的物理学家Emanuele Berti说。”但它所做的量大约比原子核的大小小10万倍。”

物理学家们通过简化广义相对论-爱因斯坦的引力作用理论来研究黑洞合并后发出的电波，使用的方程忽略了合并的微妙但重要的引力效应。Berti认为这种方法是有偏见的，因为它依赖于”线性近似”，即假设合并过程中产生的引力波是弱的。

尽管黑洞以如此极端的速度碰撞几乎是不可能的，但模拟这样的碰撞产生的信号足以让研究小组检测到非线性，或用简化版的理论无法发现的引力效应。这些发现表明，不能用线性化的方程来研究黑洞合并，目前这些事件的模型需要进行调整，如果不是完全改变的话。

领导这项研究的约翰霍普金斯大学物理学博士生Mark Ho-Yeuk Cheung说：”广义相对论是非线性的，这意味着引力波本身也会产生更多引力波。”

该研究小组还通过分析两个黑洞在相互绕行后合并的模拟结果发现了这些所谓的非线性，这种情况更真实地代表了宇宙中发生的情况。加州理工学院的一个独立研究小组对相同模拟的研究，也出现在《物理评论快报》上，并发现了类似的结果。

“这是一个大问题，因为如果我们真的想了解黑洞，我们不能忘记这些复杂的问题，”张说。”爱因斯坦的理论是一头野兽；方程式真的很复杂。”