图片来源：美国宇航局

在过去的七十年里，天体物理学家已经理论化了“kugelblitze”的存在，即由极高浓度的光引起的黑洞。

他们推测，这些特殊的黑洞可能与暗物质等天文现象有关，甚至被认为是遥远未来假想的宇宙飞船发动机的动力来源。

然而，滑铁卢大学和马德里康普顿斯大学的一组研究人员进行的新理论物理学研究表明，在我们目前的宇宙中，kugelblitze是不可能的。他们的研究题为“没有来自光的黑洞”，发表在arXiv预印本服务器上，并即将发表在《物理评论快报》上。

“最广为人知的黑洞是由大量常规物质在其自身引力下坍缩引起的，”爱德华多·马丁·马丁内斯说，他是应用数学和数学物理学教授，也是周界理论物理研究所的附属机构。

“因为在爱因斯坦的广义相对论中，任何一种能量都会与时空弯曲，因此长期以来一直有人推测，光形式的巨大能量集中可能会导致类似的坍缩。然而，这个预测是在没有考虑量子效应的情况下做出的。

该团队建立了一个数学模型，考虑到量子效应，该模型表明，产生kugelblitze所需的光浓度将比在类星体中观察到的光浓度高数十个数量级，类星体是我们宇宙中最亮的物体。

“早在你达到这种光强度之前，某些量子效应就会首先发生，”应用数学和量子信息博士候选人何塞·波罗-戈麦斯说。“这种强烈的光浓度将导致像电子 - 正电子对这样的粒子的自发产生，这些粒子会非常迅速地远离该区域。

尽管使用当前技术无法在地球上测试实现这种效果所需的条件，但该团队可以对其预测的准确性充满信心，因为他们依赖于与正电子发射断层扫描（PET）扫描相同的数学和科学原理。

“理解这种现象的一种方法是考虑物质和反物质的湮灭，就像PET扫描期间发生的那样。电子及其反粒子（正电子）可以相互湮灭并分解成成对的光子或光'粒子'，“马丁-马丁内斯说。

“我们的结果是被称为'真空偏振'现象和施温格效应的结果，虽然用几句话解释它们可能具有挑战性，但一种有用的思考方式是这样的：我们预测的现象会阻止光产生黑洞，在许多方面与PET扫描中发生的物质-反物质分解现象相反。当有大量光子集中时，它们可以分解成电子-正电子对，这些电子-正电子对迅速散射，带走能量并防止引力坍缩。

虽然库格尔布利茨的不可能性可能让天体物理学家感到失望，但这一发现是应用数学、周界研究所和滑铁卢量子计算研究所之间合作实现的基础物理学研究的一项重要成就。

“虽然这些发现现在可能还没有已知的应用，但我们正在为我们后代的技术创新奠定基础，”Polo-Gómez说。“PET扫描机背后的科学曾经只是理论上的，现在每家医院都有一台。

更多信息：阿尔瓦罗·阿尔瓦雷斯-多明格斯等人，没有来自光的黑洞，arXiv （2024）。DOI： 10.48550/arxiv.2405.02389

期刊信息： Physical Review Letters ， arXiv