爱因斯坦广义相对论正确性遭遇新挑战：黑洞可能长了“毛”
北京时间2月25日，双胞胎可能有着相同的基因蓝图，但从内在性格到外在发型，依然表现出各种不同。但是黑洞并没有那么不同。
根据爱因斯坦引力理论，黑洞只能有三个特征:质量、自旋和电荷。如果任意两个黑洞的这三个值相同，我们就无法区分这两个黑洞。换句话说，黑洞没有毛。
哈佛大学理论物理学家保罗·切斯勒说:"在经典的广义相对论中，黑洞是完全一样的。你找不到任何区别。"
但是现在，科学家们已经开始怀疑"无毛定理"是否完全正确。2012年，当时剑桥大学的数学家StefanosAreta(现在在多伦多大学工作)提出，一些黑洞的事件视界可能存在不稳定性。这些不稳定性可以有效地在黑洞事件视界的某些区域产生更强的引力，从而可以区分原本相同的黑洞。
但他的方程表明，这种情况可能只适用于极端黑洞，即质量、自旋或电荷三种特性中理论的黑洞。切斯勒说，据我们所知，"这些黑洞不可能存在，或者严格地说，它们不可能自然存在。"
但是如果有一个近似极端的黑洞呢?即一个特征值接近极值但没有完全达到极值?理论上，这样的黑洞是可能的。我们能在这样的黑洞上观察到违反无毛定理的迹象吗?
上个月底发表的一篇论文表明有这种可能。此外，论文还指出引力波观测站可以探测到这种"毛发"。
"艾瑞达指出，黑洞的视界中还剩下一些信息，"马萨诸塞州大学和罗德岛大学的物理学家、该论文的合著者之一戈拉夫·卡纳说。我们的论文开辟了测量这种"毛发"的可能性。"
科学家们特别指出，黑洞形成的残余或黑洞后的扰动(如物质落入黑洞)可能导致类似于极端黑洞的事件视界内或附近的引力不稳定。卡纳说:"我们希望看到与普通黑洞截然不同的引力信号。"
普林斯顿高等研究院的天体物理学家利亚·梅德罗斯(LeahMederos)说，如果黑洞确实有毛发，并保留了一些关于黑洞过去的信息，可能会对已故物理学家斯蒂芬·霍金(StephenHawking)提出的黑洞信息悖论产生影响。霍金的黑洞信息悖论提炼了20世纪物理学的两大支柱——广义相对论和量子力学之间的基本矛盾。梅德罗斯说:"如果你违反了其中一个假设，你也许能解决悖论本身。其中一个假设是无毛定理。"
解决信息悖论的后果可能是广泛的。梅德罗斯说:"如果我们能证明黑洞外的实际黑洞时空与我们预期的不同，那么我认为这将对广义相对论产生巨大的影响。"10月，梅德罗斯合著的一篇论文讨论了观察到的黑洞几何形状是否与预测一致。
然而，也许论文中最令人兴奋的发现是，它提供了一种将黑洞观测与基础物理相结合的方法。探测黑洞的毛发(也许是宇宙中最极端的天体物理学实验室)可以让我们以前所未有的方式探索弦理论、量子引力等理论。
梅德罗斯说:"弦理论和量子引力的主要问题之一是，我们很难验证这些预测。所以，如果你有什么办法，哪怕你远程验证这些预测，都会很神奇。"
但是事情并不顺利。首先，我们无法确定近极端黑洞是否存在。(Chesler说进的模拟产生的黑洞和极端黑洞还有30%的差距。其次，即使存在一个近似极端的黑洞，我们仍然不知道引力波探测器是否足够灵敏，能够探测到黑洞毛中的不稳定性。
更重要的是，这些毛发的预期寿命极短，可能只有几分之一秒。
但至少在理论上，这篇论文是可靠的。切斯勒说:"我认为科学界不会有人对此提出质疑。这不是猜测。只是爱因斯坦的方程太复杂了，我们每年都能发现一些新的特征。"
接下来，科学家们将讨论他们应该在引力波探测器中寻找什么样的信号。这些引力波探测器包括目前已经投入使用的LIGO、处女座等引力波观测站，或者欧洲航天局的LISA等未来天基探测器。
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的天体物理学家赫维·维卡说:"我们应该在此基础上继续计算这种重力辐射的频率，然后找出我们应该如何测量和识别这种重力辐射。在下一步，我们将在这一而重要的理论研究的基础上找到切实的特征。"
科学家也有很好的理由朝着这个方向前进。虽然证明论文正确性的机会非常渺茫，但这一发现不仅可以挑战爱因斯坦的广义相对论，还可以证明近极端黑洞的存在。
卡纳说:"我们很想知道这样的怪物是否自然存在。这对我们的研究领域会有很大的影响。"
