編譯：Zwicky
來(lái)源：原理

當(dāng)一顆大質(zhì)量恒星耗盡其燃料時(shí)，它會(huì)在自身的引力下坍縮，最終在空間中形成一個(gè)物質(zhì)密度任意高的區(qū)域，即所謂的 奇點(diǎn) 。在奇點(diǎn)上，普通的物理定律都將失效。如果這個(gè)奇點(diǎn)被 事件視界 包圍，就形成了 黑洞 。

事件視界：一個(gè)有去無(wú)回的邊界，任何東西（包括光）一旦進(jìn)入這個(gè)邊界都無(wú)法逃脫。

但是，如果事件視界并沒(méi)有形成呢？事實(shí)上，愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論的確預(yù)言了這種可能性，宇宙中存在著沒(méi)有隱藏于事件視界之內(nèi)的奇點(diǎn)，稱為 裸奇點(diǎn) 。

△ 左側(cè)：黑洞；右側(cè)：裸奇點(diǎn)。虛線代表了黑洞的事件視界，箭頭代表光的傳播方向。在黑洞的情況中，由于事件視界的存在，所有的光線最終會(huì)止于奇點(diǎn)。但是，光線則可能從裸奇點(diǎn)的附近逃脫。（圖片來(lái)源：Sudip Bhattacharyya、Pankaj Joshi）

雖然愛(ài)因斯坦方程中存在著裸奇點(diǎn)的解，但是關(guān)于它們是否真實(shí)存在一直存在著爭(zhēng)議。羅杰·彭羅斯就提出過(guò)宇宙審查假說(shuō)：“自然憎恨裸奇點(diǎn)”。彭羅斯認(rèn)為裸奇點(diǎn)（除了大爆炸）在現(xiàn)實(shí)宇宙中是無(wú)法存在的。此外，2017年3月30日發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》的一項(xiàng)最新研究中也指出【1】，如果通過(guò)某種邪惡的方式，在空間中創(chuàng)造出一個(gè)裸奇點(diǎn)，它會(huì)很快的就停止存在。因?yàn)榱孔有?yīng)會(huì)迫使裸奇點(diǎn)迅速成為一個(gè)黑洞。

接下來(lái)我們假設(shè)裸奇點(diǎn)確實(shí)存在于宇宙之中。那么一個(gè)重要的問(wèn)題是，要如何在觀測(cè)上區(qū)分一個(gè)裸奇點(diǎn)和一個(gè)黑洞？

愛(ài)因斯坦的理論預(yù)言了一個(gè)有趣的效應(yīng)：一個(gè)處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的物體會(huì)對(duì)其周?chē)臅r(shí)空產(chǎn)生拖曳的現(xiàn)象，被稱為 參考系拖曳 。這個(gè)效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致陀螺儀自旋，以及使圍繞著這些天體的粒子軌道產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)。

來(lái)自印度孟買(mǎi)塔塔基礎(chǔ)研究機(jī)構(gòu)（TIFR）的一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)宣稱他們找到了一個(gè)新的方法來(lái)探測(cè)裸奇點(diǎn)。他們認(rèn)為如果把一個(gè)陀螺儀放在旋轉(zhuǎn)黑洞或裸奇點(diǎn)的附近，陀螺儀的進(jìn)動(dòng)頻率就可以用來(lái)識(shí)別該旋轉(zhuǎn)物體。

如果有一個(gè)宇航員能夠記錄靠近旋轉(zhuǎn)物體的兩個(gè)固定點(diǎn)上的陀螺儀的進(jìn)動(dòng)頻率，就會(huì)觀測(cè)到兩種可能性：

1. 陀螺儀的進(jìn)動(dòng)頻率會(huì)變的任意大，也就是說(shuō)陀螺儀的行為會(huì)有瘋狂的改變；

2. 進(jìn)動(dòng)頻率改變很小的量，陀螺儀的行為就會(huì)跟平常一樣。

情況(a)就意味著旋轉(zhuǎn)物體是黑洞，而在(b)的情況中，旋轉(zhuǎn)物體則是裸奇點(diǎn)。

事實(shí)上，TIFR團(tuán)隊(duì)指出，圍繞著黑洞或裸奇點(diǎn)的陀螺儀進(jìn)動(dòng)頻率跟事件視界的頻率相關(guān)。無(wú)論從任何方向， 一個(gè)自旋的陀螺儀在靠近黑洞的事件視界時(shí)都會(huì)表現(xiàn)的越來(lái)越“瘋狂”，它會(huì)進(jìn)動(dòng)的越來(lái)越快，并且沒(méi)有限制。但是，在裸奇點(diǎn)的情況中，進(jìn)動(dòng)頻率只有在赤道平面時(shí)才會(huì)變的任意大，而在任何其它平面上都是正常的。

△ 藝術(shù)圖：在黑洞周?chē)奈镔|(zhì)會(huì)形成吸積盤(pán)，并且輻射出X-射線。（圖片來(lái)源：NASA/JPL-Caltech）

TIFR團(tuán)隊(duì)也指出，落入旋轉(zhuǎn)黑洞或裸奇點(diǎn)的物質(zhì)的軌道進(jìn)動(dòng)也可以用來(lái)區(qū)分這些奇異的天體。這是因?yàn)檐壍榔矫孢M(jìn)動(dòng)頻率會(huì)隨著物質(zhì)靠近旋轉(zhuǎn)黑洞而增加，但是對(duì)于一個(gè)旋轉(zhuǎn)的裸奇點(diǎn)，這個(gè)頻率就會(huì)減少甚至為零。這就意味著我們可以在現(xiàn)實(shí)中區(qū)分黑洞和裸奇點(diǎn)，這是因?yàn)槁淙胄D(zhuǎn)黑洞或裸奇點(diǎn)的物質(zhì)會(huì)輻射出X-射線，而X-射線的波長(zhǎng)可以用來(lái)測(cè)量進(jìn)動(dòng)頻率。

參考文獻(xiàn)

[1] https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.131102

[2] https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.95.044006

[3] https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.95.084024

[4] https://phys.org/news/2017-04-singularity-extreme-universe.html