英格里德·法德利，科学X网络，Phys
（同organic）有机 信用:Unsplash/CC0公共领域 黑洞是一种有趣且被广泛研究的宇宙天体，具有极高的潮汐力，即使是光也无法从中逃逸
虽然许多研究预测了黑洞的存在，最近也发现了黑洞，但许多关于这些宇宙天体的问题仍然没有答案
莱比锡大学的研究人员最近进行了一项研究，考察了带电黑洞内视界附近的量子带电标量场引起的真空极化
他们发表在《物理评论快报》上的分析结果表明，在带电黑洞的内部视界，量子带电电流可能是正的，也可能是负的
进行这项研究的研究人员之一克里斯蒂安·克莱因告诉《物理》杂志，“广义相对论将空间和时间统一到时空概念中，并将重力描述为时空的弯曲。”
（同organic）有机
“它最突出的预测之一是黑洞(我
e
时空中即使光也无法逃离的区域)
如果黑洞是带电的或旋转的，它的内部有一个有趣的特征:在黑洞内部，有一个表面，其性质类似于事件视界(I
e
，黑洞的外缘)
因此，它被称为内视界
" 本质上，直到黑洞的内部视界，时空和其中发生的一切都可以根据过去某个时间点的宇宙状态知识进行理论预测，物理学家称之为“初始数据”
“这种预测时空的能力被称为决定论，是物理学理论的一个重要特征
然而，基于理论预测，穿越黑洞内部视界的观测者可以绕过黑洞的中心奇点，在那里空间和时间变得无限弯曲，并重新进入不同的宇宙
此外，超越内在视界，决定论理论上将会崩溃，这本质上意味着观察者的旅程将不再由所谓的初始数据决定
英国数学家罗杰·彭罗斯在他题为“引力辐射和引力坍缩”的工作中预测，这种情况不会发生，因为黑洞坍缩的残余或其他与黑洞时空初始数据的微小偏差将会存在
克莱恩说:“根据彭罗斯的说法，这些偏差会在内地平线附近积累，并强烈弯曲地平线附近的时空，以至于任何接近它的观察者都会被摧毁，从而将内地平线变成一个奇点。”
“这个想法被称为强宇宙审查猜想
在文献中，研究了不同种类的具有内视界的黑洞和它们初始数据的不同扰动，以检验这个猜想并确定内视界奇点的强度
" 最近的研究发现，在膨胀宇宙中的带电黑洞中，奇点可能弱到足以穿越
这些发现(卡多佐等人
；Dias等人
；卡多佐等人
)最终激发了团队中的一些研究人员去研究如果他们也考虑到引力场和物质的量子性质会发生什么
克莱恩说:“通常，这些量子扰动小到可以忽略不计。”
“事实证明，在离内视界足够近的地方，量子效应主导着经典效应，其强度足以将内视界变成一个强奇点
这表明，在黑洞的内部视界附近，量子效应不应该被忽视，并促使我们更仔细地观察这个区域的其他量子效应
" 由于带电黑洞只能由带电物质形成，克莱因和她的同事决定专门研究带电量子物质
这种物质的主要可观察特征之一是它产生的电流
因此，研究人员试图确定这种电流在黑洞内部视界附近的行为
克莱恩说:“在以前的研究中，有人认为这种电流主要是由于黑色黑洞内部自发产生的带相反电荷的粒子，然后这些粒子以相反的方向加速。”
“这将产生释放内层视界后面的黑洞区域的效果
一个目标是检查这个直观的粒子图像是否正确
" 在他们最近的论文中，研究人员考虑了一个描述膨胀宇宙的时空，宇宙中有一个带电的黑洞
随后，他们在这个假想的时空中构建了带电标量场的量子场论
克莱恩说:“目前，我们忽略了量子场的存在应该会改变时空。”
利用他们提出的框架，研究小组能够在他们考虑的例子中研究量子场的电流
他们开发的数字设置是基于他们过去收集的结果
“我们发现在内视界对电流的主要贡献与状态无关(即
e
，初始条件)，只要它在物理上是合理的，”克莱恩说
“我们选择了一个方便的状态，并利用弯曲时空的量子场论技术导出了电流公式
该公式必须对时空参数(黑洞的质量和电荷以及描述宇宙膨胀量的宇宙学常数)和量子场(场的质量和电荷)进行数值计算
" 克莱因和她的同事使用的公式中包含的关键元素是所谓的“散射系数”
“这些数字描述了场扰动传递到黑洞或反射到空间的程度
为了计算这些系数，克莱因和她的同事使用了他们在之前的一项研究中开发的方法
克莱恩说:“电流应该总是有相同的符号，但我们发现，根据时空和量子场的参数，在内视界对电流的主导贡献可以是正的，也可以是负的。”
“应该注意的是，在非常接近黑洞最大允许电荷的参数区域(如果电荷进一步增加，就不再有事件视界，中心的奇点变得‘裸’)，电流总是倾向于减少内层视界的电荷
这确保了其电荷不会增加到超过允许的最大值
" 研究人员的分析结果相当令人惊讶，因为它们与粒子图像的预测相矛盾
与他们的预期相反，他们的结果预测，在某些情况下，内层视界内黑洞的电荷会因量子效应而增加
克莱恩说:“即使我们的数值结果不能覆盖现实的时空和量子场参数，我们的工作也证明了粒子图像不足以完全捕捉黑洞内部的量子效应。”
除了与粒子图像预测相矛盾之外，克莱因和她的同事们收集的结果还可以进一步阐明与事件视界相关的既定发现
事实上，他们的工作表明，量子效应在黑洞内视界附近的表现可能与在horizon事件中的表现大不相同，在horiz on事件中，量子效应有望减少黑洞的电荷
此外，这些结果可能会激发新的研究，在更现实的环境中研究类似的量子效应
“人们期望现实中的黑洞至多具有可忽略的小电荷，但是具有显著的角动量(即
e
，旋转)，”克莱恩说
“事实上，人们可以把带电黑洞仅仅看作是旋转黑洞的玩具模型:它们有许多共同的特征，比如内部视界的存在，但是带电黑洞在数学上更容易处理
我们目前追求的一个未来研究方向是将我们的结果扩展到旋转黑洞
测试量子效应是否能增加黑洞内部视界附近的旋转，而不是像人们可能天真地预期的那样减少它，这将是很有趣的
"
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