量子态的黑洞具有惊人的怪异质量：

在一个世纪的大部分时间里，量子物理学和广义相对论一直是摇摇欲坠的联姻。每个人都以自己的方式完美，两者只是在同一个房间里无法忍受对方。

现在关于黑洞量子性质的数学证明可能会向我们展示两者如何调和，至少足以产生一个关于宇宙如何在宇宙和微观尺度上运作的宏伟新理论。

一组物理学家在数学上证明了一个奇怪的怪癖，即这些令人费解的致密物体如何以一种状态存在的量子叠加，同时占据可能特征的光谱。

他们的计算表明，在称为 BTZ 黑洞的理论类型黑洞中，质量叠加同时占据令人惊讶的不同质量带。

通常，任何普通粒子都可以存在于状态的叠加中，其自旋或动量等特性仅决定一旦它们成为观察的一部分，就会被编辑。

有些性质（例如电荷）仅以离散单位出现，而质量通常不会被量化，这意味着未观察到的粒子的质量可以位于一个空间内的任何位置可能的范围。

然而，正如这项研究表明的那样，黑洞所拥有的质量的叠加往往有利于某些测量而不是其他测量，这种模式可能有助于以量化方式对质量进行建模。这可以为我们提供一个新的框架来探索叠加黑洞的量子引力效应，以缓和广义相对论和量子理论之间的紧张关系。

“到目前为止，我们还没有深入研究是否澳大利亚昆士兰大学的理论物理学家 Joshua Foo 解释说：“黑洞表现出量子物理学的一些奇怪而奇妙的行为。”

“其中一种行为是叠加，量子尺度上的粒子可以存在同时处于多个状态。这是最常见的以薛定谔的猫为例，它可以同时既死又活。”

“但是，对于黑洞，我们想看看它们是否可以同时拥有截然不同的质量，结果证明它们做。想象一下，你既宽又高，同时又矮又瘦——这是一种直觉上令人困惑的情况，因为我们扎根于传统物理学的世界。但这就是量子黑洞的现实。”

黑洞周围的极端引力是探索量子引力的绝佳实验室——根据与量子力学理论相结合的广义相对论，时空的滚动连续体用粒子等离散量描述物理宇宙。

基于某些类型黑洞的模型可能会导致一个单一的理论可以解释粒子和引力。在黑洞周围观察到的一些影响例如，广义相对论无法描述空洞.为此，我们需要量子引力——一种包含两组规则并以某种方式使它们发挥良好作用的统一理论。

因此，Foo 和他的同事开发了一个数学框架，可以有效地让物理学家观察粒子放置在处于量子叠加状态的黑洞外部。

质量是他们探测的主要属性，因为质量是我们可以测量的黑洞的唯一属性之一。

“我们的工作表明，Jacob Bekenstein（美国和以色列理论物理学家，他为黑洞热力学的基础做出了重要贡献）的早期理论是有价值的，”昆士兰大学的量子物理学家 Magdalena Zych 说。

[Bekenstein] 假设黑洞只能具有特定值的质量，也就是说，它们必须落在特定的波段或比率内——例如，这就是原子能级的工作原理。我们的建模表明，这些叠加的质量实际上，正如 Bekenstein 所预测的那样，s 在某些确定的范围或比率中。

“我们没有假设任何这样的模式，所以我们发现这个证据的事实非常令人惊讶。”

研究人员表示，这些结果为未来研究量子引力概念（例如量子黑洞和叠加时空）提供了一条途径。为了对量子引力进行完整描述，包含这些概念至关重要。

他们的研究还允许对叠加时空及其对其中粒子的影响进行更详细的研究。

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“宇宙向我们揭示，它总是比我们大多数人想象的更奇怪、更神秘、更迷人，”Zych 说。

这项研究发表在《物理评论快报》上.