黑洞不再是科幻小说里的东西了。Jens Boos表示，是时候认真对待他们了
Jens Boos是一个研究黑洞的人，自从他在他的祖国德国开始学习物理学以来，他一直是一个研究黑洞的人。
“黑洞的好处是，它们曾经是科幻小说的对象，”他说。“太空中的这些神秘物体。一旦你掉进去，就出不来了。Yadda Yadda。我们都听过这些故事。”
如今，Boos是威廉玛丽大学物理系高能理论小组的博士后研究员。他最近获得了加拿大物理学家协会（理论物理部）和温尼伯理论物理研究所的2021年P R华莱士论文奖。该奖项表彰了他的博士论文《引力和量子理论中的非定域性效应》。
随着黑洞在自然现象分类账上从“理论”一栏上升到“观察”一栏，这位研究黑洞的物理学家的事业也开始蒸蒸日上。2015年，当Boos还是加拿大圆周研究所的一名研究生时，LIGO合作组织宣布探测到两个黑洞碰撞产生的引力波。事件视界望远镜阵列在2019年记录了它的第一个黑洞，当时他是阿尔伯塔大学的一名研究生。
“但现在有一个巨大的问题，对吧？”阿尔伯特·爱因斯坦的引力理论预言了黑洞的存在，现在它们已经被观察到。“这很棒，但这也意味着你必须更认真地对待他们。”
Boos和其他理论天体物理学家正在认真对待黑洞——非常认真。他们正在研究黑洞内部物理现象的潜在解释。黑洞的边缘被称为视界，而在黑洞内部，Boos解释说，是一个叫做奇点的东西。但把奇点称为“东西”有点问题。
“这是一个在空间和时间上发生坏事的地方，”Boos解释道。“这是空间和时间不再存在的地方。我就是这么想的。”
他解释说，物理学家认为空间和时间是一个单一的概念：时空。“这四个数字，纬度，经度和海拔，然后是时钟上的时间——这些数字的组合构成了时空，”Boos说。
Boos在他的摘要中写道，时空是因果关系本身的核心，它使我们能够“区分过去和未来，原因和结果”。
简而言之，时空规则。除了在什么时候和什么地方没有，比如黑洞里的奇点。在数学上，爱因斯坦的理论将引力描述为时空的曲率。例如，围绕恒星运行的大质量天体实际上并没有受到引力的吸引：它们在一个弯曲、倾斜的引力场中滚动。
“在奇点处，斜率变得无限大。不是很大，但实际上是无限的，”布斯说。“我们物理学家认为这是非常不现实的。怎么可能有无限的东西呢？”
他解释说，“无限”是物理学家们常见的恐惧。无限从未被观察到，甚至可能不存在于物质世界。Boos说，许多物理理论中的数学导致无限，理论家们努力改进理论以消除这个问题。
“人们认为黑洞内部的这些无限大，这些奇点，只是爱因斯坦理论的产物，”Boos说。爱因斯坦的理论可能是不完整的。这是一个经典理论；它不知道量子。”
Boos说，他和许多其他理论家相信，一个完全实现的量子引力理论将解决无限问题。
“问题不在于找到一个量子引力理论，人们已经提出了几个有希望的候选理论，”他说。“但你必须想办法用实验来验证它们。”
Boos的论文提出了一种绕过奇点-无限悖论的潜在方法。它没有发明一个全新的理论，而是集中在一个叫做“非定域性”的概念上。
“我们所知道的物理定律，几乎都是局部的物理定律，”他解释说。这意味着，如果你想预测在时间和空间的某一点发生了什么，你只需要知道现在或过去某个时间发生了什么。例如，如果你看到池塘里有波浪，你就知道有人扔了一块石头进去。诸如此类的事情。但当你有非定域性的时候，一切都会变得非常不同。”
他接着解释说，非定域性的概念已经成为物理学理论的一部分有一段时间了。“人们在30年代就在谈论非定域性，”他指出。Boos说，在基本层面上，非定域性意味着概念化一种状态，在这种状态下，你不能再区分两个相邻的点。
Boos通过一种他称之为“数学砂纸”的东西来解决非定域性问题，他借鉴了格林函数等数学概念，并结合了弦理论和非交换几何的元素。
“非定域性消除了所有的尖角，对吧？他说。“它让一切变得更顺利。这就是我的想法。如果你把奇点看作是一根无限锋利的针，在时空中穿出一个洞，你可以把你的数学砂纸弄得更钝。它仍然是锋利的——但不是无限的锋利。但这就是我们想要的。我们不想要无限，时空将是安全的。”
在William & 玛丽，他与另一位理论物理学家Chris Carone教授合作，也将非定域性的概念应用于粒子物理学。
“我喜欢非定域性的原因是，它在物理学的许多不同领域挑战了我们对空间和时间的思考方式，而不仅仅是引力。它真的让你保持警觉！”嘘声说。