五十年前霍金的一项著名猜想近日遭到颠覆！
数学家们最近的成果揭示了极端黑洞存在的可能性。
这一发现与霍金等人在1973年提出的关于黑洞热力学第三定律的观点产生了冲突。
极端黑洞是一种特殊形态，其特征在于事件视界的引力为零，因此表面上不会吸引任何物体，然而即便如此，一旦物质进入其内，也无法逃离。
鉴于黑洞的温度与表面引力成正比，这意味着极端黑洞没有温度，也就不能发射出热辐射。
这与霍金辐射理论相矛盾，该理论认为黑洞并非完全不可见，而是能够以特定的方式缓慢释放能量，从而逐渐减轻质量甚至最终消失。
然而，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）通过数学分析证实了这种极端情况的存在。
不仅如此，他们还证明了极端黑洞的存在并不会导致裸奇点的出现。
诺贝尔奖得主罗杰·彭罗斯曾提出自然界不允许裸奇点存在，因为裸奇点的出现将破坏宇宙的因果律，使奇点附近的时空变得无序。
极端黑洞究竟是什么？
在自然界中，大多数黑洞都处于旋转状态。
当带电荷的物质落入黑洞时，由于角动量守恒原理，黑洞的自转速度会加快，并且自身也会带有电荷。
理论上讲，随着黑洞不断吞噬物质，它的电荷量和自转速度将会无限增大，从而形成极端黑洞。
对于极端黑洞而言，哪怕再加入一点点电荷，它的视界也会消失，留下一个裸奇点。
此外，它的表面将不再具备吸引力。
1973年，霍金、约翰·巴丁和布兰登·卡特共同提出了一个观点，即极端黑洞无法形成。
他们认为，在有限的时间内，黑洞的表面引力不可能降至零，任何使黑洞的电荷或自转达到极限的过程都可能导致黑洞视界的彻底消失。
学术界普遍认同裸奇点的存在是违反自然法则的。
另外，由于黑洞的温度与表面引力成正比，若无表面引力，则黑洞也将失去温度，进而无法发射热辐射。但霍金坚持认为，向外辐射是黑洞的固有属性。
1986年，物理学家沃纳·伊斯雷尔（Werner Israel）尝试通过模拟来构建极端黑洞，试图让黑洞加速自转并吸收更多电荷，但他的结论显示，这种方法无法使黑洞在有限时间内达到表面引力为零的状态。
无心插柳柳成荫——寻找证明的方法
凯勒和昂格尔最初并非针对极端黑洞进行研究。
他们在探讨带电黑洞的形成过程中，意外地发现了一种构建具有极高电荷量黑洞的方法，这是极端黑洞的重要特征之一。
他们从一个既不旋转也没有电荷的黑洞开始，模拟其在标量场中的行为。
通过磁场脉冲冲击黑洞，为其增加电荷，这些脉冲为黑洞提供了电磁能量，并使其质量增加。
发射低频散射脉冲可以使得黑洞质量（M）的增长速度快于电荷（q）的增长速度。
当|q|=M时，标志着极端黑洞的形成；而|q|M则代表非极端黑洞。
如果质量增长的速度超过电荷的增长速度，这意味着黑洞可以从亚极端状态转变为极端状态。
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、分析黑洞形成与演化的全过程，包括从正常初始条件出发的引力坍缩以及黑洞外部的几何结构等。
值得注意的是，虽然数学上证明了极端黑洞的可能性，但这并不意味着它们必然存在于自然界中。
理论中的极端黑洞具有最大电荷量，然而目前尚未观测到明显带有电荷的黑洞实例。相比之下，发现一个高速自旋的黑洞更为可能，因此凯勒和昂格尔正着手构建一个能让黑洞自转速度达到极限的模型。
构建这样的模型在数学上面临着更大的挑战，目前他们才刚刚开始这项工作。
长期以来，凯勒和昂格尔一直在运用数学手段探索黑洞的秘密。
2023年，凯勒和他的导师艾琳娜等人通过一项长达一千页的研究证明，在数学意义上，缓慢自旋的黑洞是稳定的。这对于验证广义相对论至关重要，因为如果数学上不稳定，那么基础理论可能存在问题。
△左为凯勒，右为昂格尔
他们今年最新的研究成果不仅推翻了霍金的猜想，还为广义相对论、量子力学、弦理论等领域的前沿研究提供了新的视角。
