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当光子冲向黑洞时 ， 大多数会被吸进黑洞的深处 ， 再也回不来了 。 然而 ， 少数的光子会绕过黑洞 ， 进行一系列突然的转弯 。 其中一些光子几乎是永远围绕着黑洞转 。 天体物理学家将其描述为\"无限光阱\" ， 所产生的光子轨道环是自然界中最奇怪的现象之一 。
与黑洞标志性的事件视界不同 ， 在事件视界边界内 ， 引力非常强大 ， 没有任何东西可以逃脱 。 光子环绕着黑洞更远的地方运行 ， 从未受到理论家的关注 。 研究人员一直专注于事件视界 ， 这是是有道理的 ， 因为这体现对边缘世界的认知 。 在整个宇宙的大部分地区 ， 如爱因斯坦的广义相对论所描述的那样 ， 引力与空间和时间的扭曲相联系 。 但是 ， 黑洞内的时空扭曲得很厉害 ， 以至于广义相对论在那里不再适用 。 因此 ， 寻求更真实的、量子化的引力描述的量子引力理论家们在视界线上寻找答案 。
哈佛大学自然基本规律中心（CenterfortheFundamentalLawsofNature）主任、著名量子引力、黑洞和弦理论物理学家、安德鲁·施特罗明格（AndrewStrominger）说：\"我曾经认为事件视界是我们需要了解的 。 同时我认为光子环只是某种技术性的、复杂的东西 ， 没有任何深刻的意义 。 \"
现正 ， 施特罗明格正在转向研究这一课题 ， 并试图说服其他理论物理学家加入他的行列 。 他说：\"我们正在兴奋地探索这样一种可能性 ， 即光子环是你必须了解的东西 ， 以解开克尔黑洞的奥秘\" 。 围绕黑洞运行的光子环呈现出一种特殊的对称性 ， 暗示着更深层次的含义 。
在5月份在线发表的、最近被《经典量子引力》接受、即将发表的一篇论文中 ， 斯特罗明格和他的合作者揭示了围绕旋转的黑洞的光子环具有一种意想不到的对称性——一种它可以被转化而仍然保持不变的方式 。
这种对称性表明 ， 这种环可能编码了关于黑洞量子结构的信息 。 \"他说：\"这种对称性好像是与认知黑洞的量子动力学这一核心问题有关的东西 。 这一发现导致研究人员讨论光子环是否甚至可能是黑洞\"全息对偶\"的一部分——一个完全等同于黑洞本身的量子系统 ， 黑洞可以被认为是像全息图一样出现的 。
加拿大麦吉尔大学理论物理学家亚历克斯-马洛尼评价该研究论文说：\"它为理解这些[黑洞
几何的全息性开辟了一条非常有趣的途径 。 \"\"这种新的对称性构筑了远离事件视界的黑洞结构 ， 我认为这非常令人兴奋 。 \"
在研究人员能够确定光子环是否或以何种方式编码黑洞的内部内容之前 ， 还需要更多的理论研究 。 但至少 ， 理论家们说 ， 这篇新论文为任何据认为是黑洞全息对偶的量子系统提供了一个详细说明 。 普林斯顿高等研究所教授胡安-马尔达塞纳评价说：\"这是一个全息描述的目标 ， \"他是全息论的最初设计者之一 。
躲在光子环中
这个光子环的兴奋点还在于 ， 与事件视界不同 ， 它实际上是可见的 。 事实上 ， 斯特罗明格所述的光环转弯是由于一张照片：有史以来第一张黑洞的图像 。 当事件视界望远镜（EHT）在2019年公布它时 ， \"我哭了 ， \"他说 。 \"它是惊人的美丽 。 \"
兴奋很快就变成了迷惑 。 图像中的黑洞周围有一个厚厚的光环 ， 但EHT团队的物理学家不知道这个光是黑洞周围混乱环境的产物 ， 还是包括黑洞的光子环 。 他们向斯特罗明格和他的理论家同事寻求帮助 ， 以解释该图像 。 他们一起浏览了巨大的计算机模拟数据库 ， EHT团队正在使用该数据库来分解黑洞周围产生光线的物理过程 。 在这些模拟图像中 ， 他们可以看到薄而明亮的环嵌入到更大、更模糊的橙色甜甜圈的光线中 。
理论物理学家们确定 ， 与围绕黑洞的高能碰撞粒子和场的漩涡不同 ， 光子环的尖锐线条带有关于黑洞属性的直接信息 ， 包括其质量和自旋量 。 \"这绝对是真正看到黑洞的最美丽和引人注目的方式 ， \"斯特罗明格说 。
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