【天脉网】8月27日，在物理学界，一个震撼性的新发现正逐步揭开其神秘面纱——极端黑洞的存在可能性被数学家们最新证明，这一发现颠覆了霍金等人在1973年提出的黑洞热力学第三定律。
极端黑洞，这一特殊的天体现象，指的是黑洞表面或事件视界的引力为零，其表面不会对任何物体产生吸引，然而，一旦粒子被推入黑洞中心，它们便无法逃逸。由于黑洞的温度与其表面重力成正比，表面重力不存在即意味着黑洞没有温度，因此无法发射热辐射。这与霍金的辐射理论相悖，后者认为黑洞并非完全“黑暗”，而是以特定方式缓慢向外辐射能量，逐渐失去质量，并最终可能消失。
据天脉网了解，来自麻省理工学院的克里斯托夫·凯勒（Christoph Kehle）和斯坦福大学的瑞安·昂格尔（Ryan Unger）通过数学方法，证明了这种极端黑洞的存在可能性。他们不仅证明了极端黑洞的存在，还进一步证明了极端黑洞的存在并不会导致裸奇点的存在。诺奖得主彭罗斯曾提出，自然界不允许裸奇点的存在，因为其将破坏宇宙的因果性，允许违反因果关系的行为，导致时间和空间在局部变得无序。
哥伦比亚大学的数学家艾琳娜·乔治（Elena Giorgi）对此评价道，这是数学回馈物理学的一个杰出范例。那么，极端黑洞究竟是什么呢？自然界中的大多数黑洞都是旋转的。当带电荷的物质落入黑洞后，由于角动量守恒，黑洞的自旋速度会增加，同时黑洞本身也会带上电荷。理论上，随着黑洞吸入越来越多的物质，其电荷量和转速将无限增大，从而形成极端黑洞。对于极端黑洞，只要再增加任何一点电荷，其视界就会消失，留下一个裸奇点，且其表面不再吸引任何物体。
1973年，霍金、约翰·巴丁、布兰登·卡特共同提出，极端黑洞不可能形成。他们的定律指出，黑洞的表面引力不可能在有限时间内降至零。三位科学家认为，任何允许黑洞的电荷或自旋达到极限的过程都可能导致黑洞视界完全消失。学界普遍认为，没有视界的黑洞（即裸奇点）是不可能存在的。
凯勒和昂格尔原本并未致力于研究极端黑洞。他们是在探索带电黑洞如何形成时，意外发现可以构建一个具有极高电荷量的黑洞，这是极端黑洞的一个重要标志。他们从一个不旋转、没有电荷的黑洞开始，模拟其在标量场中的可能情况。他们利用磁场脉冲冲击黑洞，为其增加电荷。这些脉冲为黑洞提供了电磁能量，同时也增加了黑洞的质量。通过发射漫射的低频脉冲，他们发现黑洞质量的增速可以大于电荷的增速。当|q|=M时，代表极端黑洞的形成；|q| 他们的论文不仅提出了一种新的特征粘连方法，还展示了如何构造黑洞内部结构、分析黑洞的形成和演化过程，包括从规则初始数据出发的引力坍缩以及黑洞外部的几何结构等。然而，尽管他们利用数学方法证明了极端黑洞理论的存在，但这并不意味着极端黑洞一定存在。理论中的例子具有最大电荷量，但目前人类尚未观测到明显带有电荷的黑洞。找到一个快速自旋的黑洞更有可能，因此凯勒和昂格尔还计划构建一个模型，让黑洞能够在自旋速度上达到极限。然而，构建这样一个模型在数学上的挑战更大，他们目前才刚刚开始着手研究。 凯勒和昂格尔一直在尝试利用数学方法探索黑洞的秘密。2023年，凯勒与他的老师艾琳娜等通过一项长达1000页的研究证明，数学意义上，缓慢自旋的黑洞是稳定的。这对于验证广义相对论非常重要，因为如果在数学意义上不稳定，那么可能意味着基础理论存在问题。
