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黑洞有“毛发”？霍金的黑洞无毛理论受到冲击( 二 )


值得一提的是，科学家们认为，无论是黑洞形成时产生的残留物，还是黑洞后期成长中出现的扰动，比如落入黑洞的物质，都有可能在接近极值黑洞的视界或视界附近产生不稳定引力。康纳表示，他们期待在接近极值的黑洞上看到和普通黑洞迥然不同的引力信号。
普林斯顿高等研究院的天体物理学家莉雅·梅德罗斯表示，如果黑洞确实有“毛发”，并以此保留了一部分关于它们过去的历史信息，这可能会与著名物理学家斯蒂芬·霍金提出的黑洞信息悖论产生冲突。
黑洞有“毛发”？霍金的黑洞无毛理论受到冲击
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黑洞不只“吃东西”，也会吐东西即热辐射
图源：Ashley Mackenzie for Quanta Magazine
何为黑洞信息悖论？首先，量子力学的基本要求即信息守恒，信息不会凭空出现，也不会凭空消失。其次，霍金在他的黑洞研究中曾提出过黑洞辐射的概念，黑洞在吞噬物质时会对外产生辐射，然而热辐射本身几乎不携带信息。
这也就是说在一个星体掉入黑洞并被其吞噬的过程中，星体在黑洞中以霍金辐射的形式蒸发掉了，但黑洞和辐射均不携带信息，那么原来星体的所有信息都去了哪里呢？信息守恒定律被打破，这就是悖论之所在。
这个悖论浓缩了20世纪物理学两大支柱——量子力学和广义相对论之间的根本矛盾。黑洞信息悖论的存在说明我们很可能在处理黑洞时在某一个步骤上出了问题，甚至运用了错误的理论基础。
因此，梅德罗斯说：“如果能证实黑洞信息悖论的假设之一是错误的，你也许就能解决悖论本身，而信息悖论的其中一个假设就是无毛理论。”
黑洞有“毛发”？霍金的黑洞无毛理论受到冲击
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图源：Sakkmesterke/Science Source
当人们探测到黑洞的“毛发”，由此产生的后果可能相当广泛。
“如果我们能证明黑洞外实际的时间空间与我们预期的不同，那么我认为这将会对广义相对论产生巨大的冲击。”梅德罗斯说道。十月份，梅德罗斯合著的一篇论文讨论了其探测到的黑洞几何形状是否与预测一致。
这篇最新发表的论文最令人兴奋的地方在于，它提供了一种融合黑洞观测和基础物理学的方法。
或许在全宇宙最极限的天体物理实验室里，通过探测黑洞上的“毛发”，可以让我们以前所未有的方式探索诸多学说，例如弦论和量子引力等。
但梅德罗斯表示，弦论和量子引力的主要问题之一在于很难验证这些预测的正确程度。因此，如果有任何能够验证这些预测的方法，甚至可以是远程的，那都将会是个重大进步。
引力波天文台探测黑洞“毛发”
但探测黑洞“毛发”也并非易事。首先，我们无法确定近似极值黑洞是否真的存在。哈佛大学的切斯勒教授坦言，目前使用最先进手段模拟出的黑洞与极值黑洞仍存在30%的差距。
其次，即使在近似极值黑洞存在的情况下，我们也不清楚现有引力波探测器的灵敏度是否可以做到探测到黑洞毛发中的引力不稳定性。
最后，更重要的是，这种“毛发”非常难以捕捉，因为它的寿命极短，仅能存在不到一秒钟的时间。
不过从理论上来看，这项研究成果还是比较合理的。切斯勒说：“我觉得科学界不会有人对其提出质疑。这并不是无端推测，只是爱因斯坦的相对论方程是如此复杂，我们每年都可以从中发现它们的新特性。”
下一阶段，研究人员们将会把精力放在应该在引力波探测器上寻找什么样的引力信号。
这些引力波探测器包括目前已经投入使用的LIGO和Virgo等引力波天文台，或者也有可能是美国国家航空航天局（NASA）和欧洲空间局（ESA）合作的太空中的引力波天文台——激光干涉空间天线，LISA。
黑洞有“毛发”？霍金的黑洞无毛理论受到冲击
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人类第一座太空中的引力波天文台LISA
图源：New Scientist
伊利诺伊大学香槟分校的天体物理学家海尔维·维特克表示：
“我们现在应该在前人的研究基础上，继续计算出这种黑洞‘毛发’的引力辐射频率，并真正弄清楚我们该如何测量和识别这一引力辐射。进而，我们将从这个非常出色且重要的理论研究延伸到黑洞‘毛发’具体特征的探究。”
科学家们有充分的理由和动力在这一领域继续探索。虽然验证黑洞“毛发”存在理论是否正确的探测机会十分渺茫，但一旦发现黑洞视界上存在信息，这将不仅挑战爱因斯坦的广义相对论，也会证明近似极值黑洞的存在。
康纳表示，“我们真的很想知道是否存在一个自然形成的近似极值的黑洞，这将对我们的研究领域产生翻天覆地的影响”。

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