北京時間 2 月 25 日消息，雙胞胎或許具有相同的基因藍本，但他們從內(nèi)在的性格到外在的發(fā)型等，仍會表現(xiàn)出各種各樣的差異。但是黑洞就沒那么多差異。根據(jù)愛因斯坦的引力理論，黑洞只能擁有三個特征：質(zhì)量、自旋和電荷。如果任何兩個黑洞的這三個值都一樣的話，我們就無法區(qū)分這兩個黑洞。換句話說，黑洞，沒有 “毛發(fā)”。
▲根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論，黑洞只有三個可觀察的特征：質(zhì)量、自旋和電荷。其他特征，如 “毛發(fā)”，并不存在。
哈佛大學的理論物理學家保羅 · 切斯勒說：“在經(jīng)典廣義相對論中，黑洞是完全一樣的。你無法找到任何區(qū)別?！?/p>
但現(xiàn)在，科學家已經(jīng)開始懷疑 “無毛定理”是否完全正確。2012 年，當時在劍橋大學的數(shù)學家斯特法諾斯 · 阿雷塔克斯（現(xiàn)任職于多倫多大學）提出，有些黑洞的事件視界中可能存在不穩(wěn)定性。這些不穩(wěn)定性或許可以有效地在黑洞的事件視界部分區(qū)域產(chǎn)生更強的引力，使得原本完全相同的黑洞變得可以區(qū)分。
但是，他的方程式顯示，這種情況可能僅適用于極端黑洞，即質(zhì)量、自旋或電荷這三個特征中，有一個具有理論上最大值的黑洞。切斯勒說，就我們目前所知，“這些黑洞不可能存在，或者嚴格來說，不可能自然存在?！?/p>
但是，假如有一個近似的極端黑洞呢？即其一個特征值逼近極端值但又沒有完全達到極端值？這樣的黑洞，在理論上，是可能存在的。我們是否可以在這樣的黑洞上，觀測到違背無毛定理的跡象呢？
上個月末發(fā)表的一篇論文顯示，確實存在這樣的可能性。此外，論文還表示，引力波天文臺可以檢測到這種 “毛發(fā)”。
馬薩諸塞大學和羅德島大學的物理學家、論文的合著者之一高拉夫 · 卡納說：“阿雷塔克斯提出，黑洞的事件視界上殘留了一些信息。而我們的論文則開辟了測量這種‘毛發(fā)’的可能性?！?/p>
科學家特別指出，黑洞形成的殘留物或黑洞之后受到的擾動（例如落入黑洞的物質(zhì)）的殘留物，可能會在近似極端黑洞的事件視界中或者事件視界附近，造成引力的不穩(wěn)定性?？{說：“我們希望可以看到與普通黑洞差異較大的引力信號。”
普林斯頓高等研究院的天體物理學家利亞 · 梅德羅斯表示，如果黑洞確實有毛發(fā)，并保留了一些有關(guān)黑洞過去的信息，那么這或許會對已故物理學家斯蒂芬 · 霍金提出的著名黑洞信息悖論產(chǎn)生影響?；艚鸬暮诙葱畔Ｕ撎釤捔硕兰o物理學兩大支柱——廣義相對論和量子力學——之間的基礎(chǔ)矛盾。梅德羅斯說：“如果你違反了（信息悖論）中的假設(shè)之一，你或許就能解決這個悖論本身。而其中一個假設(shè)就是無毛定理?！?/p>
解決信息悖論帶來的后果可能是廣泛的。梅德羅斯說：“如果我們可以證明，黑洞外的實際黑洞時空與我們預(yù)期的不一樣，那么我想，這將會對廣義相對論造成巨大的影響?！笔路?，梅德羅斯合著的一篇論文探討了觀測到的黑洞幾何形狀是否與預(yù)測一致。
不過，最新論文中最令人激動的發(fā)現(xiàn)或許是，它提供了一種將黑洞觀測與基礎(chǔ)物理學相結(jié)合的辦法。探測黑洞的毛發(fā)（或許是宇宙中最極端的天體物理實驗室），可以讓我們以前所未有的方式探索諸如弦論和量子引力等學說。
梅德羅斯說：“弦論和量子引力的主要問題之一是，我們很難驗證這些預(yù)測。所以，如果你有任何辦法，哪怕是遠程驗證這些預(yù)測，都會令人大為驚奇?！?/p>
但事情并非一帆風順。首先，我們無法確定近似極端黑洞是否存在。（切斯勒說，目前最先進模擬產(chǎn)生的黑洞仍與極端黑洞存在 30% 的差距。）其次，即便存在近似的極端黑洞，我們?nèi)圆磺宄Σㄌ綔y器是否足夠靈敏，可以檢測到黑洞毛發(fā)中的不穩(wěn)定性。
更重要的是，這些毛發(fā)的預(yù)期壽命極短，可能只有幾分之一秒。
不過至少從理論上來看，該論文是可靠的。切斯勒說：“我不認為科學界會有人對其提出質(zhì)疑。這不是投機。只是愛因斯坦的方程是如此復(fù)雜，我們每年都可以發(fā)現(xiàn)它們的一些新特性?！?/p>
下一步，科學家們將探討他們應(yīng)該在引力波探測器中尋找怎樣的信號。這些引力波探測器包括目前已經(jīng)投入使用的 LIGO 和 Virgo 等引力波天文臺，或者像歐洲航天局的 LISA 等未來的天基探測器。
伊利諾伊大學香檳分校的天體物理學家赫爾維 · 維特克說：“我們應(yīng)該以此為基礎(chǔ)，繼續(xù)計算出這種引力輻射的頻率，進而弄清楚我們該如何測量和識別這一引力輻射。下一步，我們將基于這一非常出色且重要的理論研究，找到實實在在的特征?！?/p>
科學家們也有充分的理由朝著這個方向繼續(xù)前進。盡管證明論文是否正確的探測機會十分渺茫，但是這樣的發(fā)現(xiàn)不僅可以挑戰(zhàn)愛因斯坦的廣義相對論，也可以證明近似極端黑洞的存在。
卡納說：“我們很想知道這樣的怪物是否自然存在。這將對我們的研究領(lǐng)域產(chǎn)生極大的影響。”
廣告聲明：文內(nèi)含有的對外跳轉(zhuǎn)鏈接（包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式），用于傳遞更多信息，節(jié)省甄選時間，結(jié)果僅供參考，IT之家所有文章均包含本聲明。