近日,梵蒂岡天文臺(Specola Vaticana)兩位天體物理學者——耶穌會士加布里埃萊·焦恩蒂神父(Gabriele Gionti, S.J.)與馬泰奧·(Matteo Galaverni)——在《歐洲物理雜志C》(European Journal of Physics C)上發表研究成果,揭示了對重力全新理解的可能性,并指出該成果或將開啟對“理論宇宙”(Universi teorici)的全新探索。
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這項研究題為《約爾當框架與愛因斯坦框架中的球對稱幾何動力學》(Spherically symmetric geometrodynamics in Jordan and Einstein frames),副標題為《觀看重力的兩副“眼鏡”——當數學在兩個宇宙之間架起橋梁》(Due “occhiali” per guardare la gravità – quando la matematica crea un ponte tra due universi),研究內容聚焦于宇宙中重力作用的兩種不同數學描述方式:即所謂的“約爾當框架”(frame di Jordan)與“愛因斯坦框架”(frame di Einstein)。
研究者指出,長期以來,物理學界對這兩種框架是否等價存在爭議。焦恩蒂神父與加拉韋爾尼神父通過應用嚴謹的ADM-哈密頓形式主義(formalismo ADM-hamiltoniano)證明,在特定條件下,這兩種框架不僅數學上等價,而且能夠共同生成完整一致的動力學方程。
更進一步,研究強調了“邊界項”(termini di bordo)在推導動力學方程中的重要性。兩位神父在接受采訪時指出:“必須認真考慮邊界項,唯有如此,才能得到正確的運動方程。此前的研究結果是不完整的。”通過這項工作,他們得出了在兩個框架中都成立的完整且正確的方程組。
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然而,研究最具突破性的部分在于“變換的奇異性”(trasformazione singolare)帶來的結果。當在兩個框架之間使用“規范變換”(trasformazione canonica)時,如果該變換是規則的,兩個框架保持完全等價,每一個在“約爾當框架”中的解均對應于“愛因斯坦框架”中的一個解。但一旦該變換變得奇異,數學結構便產生異變,生成新的引力解,如黑洞(buchi neri)或“裸奇點”(singolarità nude)等極端天體現象。
正如研究者所言,這一現象不僅意味著數學上打破了兩個框架的等價性,更是在理論上開啟了“前所未見的全新宇宙圖景”(scenari mai visti prima)。這不僅是純粹技術性的進展,而是一項深刻的認知轉變:選擇不同的數學語言,可能導致我們對現實本身的理解發生變化。
此項研究有望深化人類對黑洞、宇宙起源的認識,并有助于邁向統一重力與量子力學的艱難目標。
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作為天主教會的科研機構,梵蒂岡天文臺自1582年為配合格里高利歷改革(riforma gregoriana del calendario)而設立,至今已成為全球最古老的在職天文研究機構之一。此次發現,再次展現了教會在科學探索中的獨特貢獻與影響。
來源:意歐視點 等
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