黑洞可能長了「毛」

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雙胞胎之間的差異遠遠大於黑洞之間的差異。雙胞胎可能擁有相同的基因藍本，但是他們卻能在氣質、外貌甚至是發型上，展現出各自的差異。但對於黑洞，根據愛因斯坦的引力理論，只能擁有三個特征——質量、自旋和電荷。如果兩個黑洞的這些值都相同的話，就不可能區分兩個黑洞。黑洞上面沒有能讓我們區分它們的「毛發」，這就是著名的黑洞無毛定理。

哈佛大學理論物理學家保羅·切斯勒（Paul

　　接連浮現的問題

然而，科學家們已經開始考慮無毛定理是否完全正確。2012年，當時在劍橋大學（現在任職於多倫多大學）的數學家斯特凡諾斯· 阿雷塔基斯（Stefanos

然而，他的方程僅僅適用於極端黑洞，即質量、自旋和電荷這3個特征中，有一個是理論上的最大值。據我們所知，「這些黑洞不可能存在，或者確切地說，不可能自然存在。」切斯勒說。

但如果一個黑洞，其中一個屬性值逼近極端值，卻沒有達到極端值呢？例如，近日國家天文台等對天鵝座X1（Cygnus

天鵝座X1想象圖（圖片來源：國家天文台、國際射電天文研究中心）

　　並非鏡花水月

上個月底在《物理評論D》雜志上發表的一篇論文表示，的確可能會有這樣的行為。此外，這種「毛發」可以被引力波探測站觀測到。

馬薩諸塞大學和羅得島大學的物理學家、合著者之一的高拉夫·汗納（Gaurav

值得注意的是，科學家認為要麼是黑洞信息的殘餘物，要麼是黑洞隨後受到的擾動（比如落入黑洞的物質），能在接近極限黑洞的事件視界上或者附近造成這種引力不穩定性。汗納說：「我們期待能看到和普通黑洞差異頗大的引力信號。」

普林斯頓高等研究院的天體物理學家莉婭·梅德羅斯表示，如果黑洞的確保有「毛發」，並以此保留了一部分關於它們過去的信息，這可能會對著名物理學家史蒂芬·霍金提出的黑洞信息悖論產生沖擊。這個悖論提煉了20世紀物理學兩大支柱——量子力學和廣義相對論之間最基礎的矛盾。梅德羅斯說：「如果你違反了（信息悖論的）假設之一，你或許就能解決這個悖論本身。而其中一個假設就是無毛定理。」

由此造成的後果可能很廣泛。「如果我們能證明黑洞外實際的黑洞時空與我們的預期不同，那麼我認為這將會對廣義相對論產生巨大的沖擊。」梅德羅斯這樣說道。

而上個月底這篇論文中最令人激動的發現是，它可以提供一種將黑洞觀測與基礎物理學相結合的方法。探測黑洞上的「毛發」，這或許是全宇宙最極端的天體物理實驗室，可以允許我們以某種前所未有的方式研究一些學說，例如弦論和量子引力等。

梅德羅斯說：「弦論和量子引力的一大問題是，基於它們的預測往往非常難以檢驗。所以如果有任何辦法，甚至僅僅是遠程來檢驗這些理論，都是非常驚人的。」

　　絕非易事

然而，還存在一些重大障礙。目前還不清楚近極端的黑洞是否廣泛存在，天文學家可以模擬極端黑洞，但目前模擬產生的黑洞都至少和「極端」存在30%的差距。並且即使這些黑洞是極端的，也不清楚引力波探測器是否足夠靈敏，能從這些「毛發」發現不穩定性。