黑洞内部结构的研究是广义相对论与强场引力动力学的前沿课题。近年来，自发标量化黑洞的外部性质（如阴影、光子环、热力学等）已得到广泛关注，但其内部结构仍知之甚少。

近期，中国科学院理论物理研究所（后简称“理论物理所”）李理研究员、理论物理所/国科大杭州高等研究院研究生孙泽（李理研究员指导的硕士生）以及国际理论物理中心亚太地区博士后杨富国（2017-2022年在理论物理所硕博连读），在爱因斯坦-麦克斯韦-标量理论框架下，系统考察了渐近平直时空中自发标量化黑洞的内部行为。

带电的Reissner-Nordström 黑洞存在一个光滑的内部柯西视界和类时奇点。研究发现，在很普遍的条件下自发标量化黑洞不再拥有内部柯西视界。标量场的存在会触发Reissner-Nordström 黑洞内视界不稳定，出现内视界附近爱因斯坦-罗森桥的快速坍缩，并最终导致时空终结于类空的Kasner奇点。Kasner奇点由一组指数参数描述，反映了奇点附近时空的各向异性收缩与膨胀特征。

图1：Kasner参数β与黑洞荷质比q之间的临界行为。左图：不同标量-电磁耦合函数的情况。右图：对不同耦合强度的依赖关系。各种形状的点代表数值结果，实线对应普适标度关系。

研究进一步揭示，在自发标量化黑洞从Reissner-Nordström解分岔的临界点附近，描述内部奇点结构的Kasner参数β与黑洞的荷质比q之间存在清晰的标度关系：β~(q/q_c-1)^-γ，其中q_c是自发标量化产生的临界荷质比，临界指数 γ = 0.5 不依赖于具体的耦合函数形式，体现了临界现象的普适性。如图1所示，无论是改变耦合函数的函数形式还是调节耦合强度，该标度行为均保持稳定。这一发现表明，在高度非线性的黑洞内部动力学中，仍然可以涌现出简单而普适的临界规律。

该研究支持了强宇宙监督假设，深化了我们对黑洞内部时空结构的认识，并为研究广义相对论非线性效应下的普适行为提供了新的理论范例。相关成果发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters），依照高能物理学界惯例，论文作者按姓氏英文字母顺序署名。李理研究员和合作者近年来围绕黑洞内部结构开展了系统研究，包括证明黑洞无内视界定理[1,2]、分类黑洞内部不同Kasner几何之间的转变规律[3,4]，以及揭示高阶导数修正对黑洞内部动力学的显著影响[5]等。

该研究得到科技部国家重点研发计划和国家自然科学基金项目资助。

参考文献

[1] Rong-Gen Cai, Li Li and Run-Qiu Yang, No Inner-Horizon Theorem for Black Holes with Charged Scalar Hairs, JHEP 03, 263 (2021) [arXiv:2009.05520 [gr-qc]].

[2] Yu-Sen An , Li Li and Fu-Guo Yang Yang, No Cauchy horizon theorem for nonlinear electrodynamics black holes with charged scalar hairs, Phys. Rev. D 104, no.2, 024040 (2021) [arXiv:2106.01069 [gr-qc]].

[3] Rong-Gen Cai, Mei-Ning Duan, Li Li and Fu-Guo Yang, Towards classifying the interior dynamics of charged black holes with scalar hair, JHEP 02, 169 (2024) [arXiv:2312.11131 [gr-qc]].

[4] Rong-Gen Cai, Mei-Ning Duan, Li Li and Fu-Guo Yang, Clarifying Kasner dynamics inside anisotropic black hole with vector hair, JHEP 04, 179 (2025) [arXiv:2408.06122 [gr-qc]].

[5] Mei-Ning Duan, Li Li, Yu-Xuan Li and Fu-Guo Yang, Beyond Kasner Epochs: Ordered Oscillations and Spike Dynamics Inside Black Holes with Higher-Derivative Corrections, [arXiv:2601.21658 [gr-qc]].

论文链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/l4tf-kqyl

供稿人：李理