黑洞的范围从无毛到可能有毛。

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黑洞的范围从无毛到可能有毛。
一项新的研究表明，极端黑洞可以用我们可以发现的方式打破著名的“黑洞无毛”定理。
图:黑洞无毛？
20世纪60年代，物理学家约翰·惠勒(john )和他的同事根据爱因斯坦的广义相对论提出，黑洞只能有三种物理性质:质量、自旋和电荷。换句话说，黑洞是无毛的，这是一个比喻，意思是所有的黑洞都一样。如果任何两个“孪生”黑洞的这些值相同，就不可能区分一个黑洞和它的孪生兄弟。
20世纪70年代，斯蒂芬·霍金提出了现在被称为霍金辐射的概念。所有的黑洞都以量子粒子的形式“泄漏”，或者说随时间逃逸。最后霍金辐射导致黑洞彻底蒸发，留下了独一无二的真相空。因为霍金辐射是完全随机的，这意味着黑洞会随着时间的推移丢失信息，这就产生了一个悖论，因为在最小的尺度下，物理定律是完全可逆的，这意味着过去存在的信息理论上应该是可以恢复的。这就是黑洞的信息悖论。
图:黑洞信息悖论
哈佛大学的理论物理学家保罗·切斯勒(Paul )说:“在经典的广义相对论中，黑洞会完全一样，你无法区分它们。”
科学家已经开始怀疑无毛定理是否严格正确。2012年，剑桥大学数学家提出，一些黑洞的视界可能是不稳定的。这些不稳定性将有效地给予黑洞视界的某些区域比其他区域更大的引力。这使得看起来一样的黑洞可以被区分开来。
然而，他的方程只表明，对于所谓的极端黑洞是可能的，这些黑洞的质量、自旋或电荷可能存在一个更大值。“至少这些黑洞不可能存在于自然界，”切斯勒说。
但是如果有一个接近极值的黑洞，这个黑洞是很接近的，但是还没有完全达到这些极值？至少理论上，这样的黑洞应该存在。它能检测出无毛定理的违背吗？
上月底发表的一篇论文显示了这种可能性。此外，黑洞毛发可以被引力波观测者探测到。
图:极端克尔黑洞可能有毛。
论文的合著者之一、麻省大学和罗德岛大学的物理学家说:“基本上，暗示了地平线上留下了一些信息。我们的论文开启了测量黑洞毛发的可能性。”
特别是，科学家们提出，黑洞的形成或后续扰动的残余(如物质落入黑洞)可能会在极端黑洞附近的事件视界上或附近造成引力不稳定。卡纳说:“我们想要看到的引力信号与通常的非极端黑洞完全不同。”
普林斯顿大学高级研究所的天体物理学家Lia 表示，如果黑洞确实有头发，并因此保留了一些关于它们过去的信息，可能会对已故物理学家斯蒂芬·霍金提出的著名的黑洞信息悖论产生影响。这个悖论提炼了广义相对论和量子力学的根本矛盾，量子力学是20世纪物理学的两大重要支柱之一。利亚说:“如果你违反了其中一个假设，你也许可以解决悖论本身。”"假设之一是无毛定理."
后果可能是广泛的。“如果我们能证明黑洞外黑洞的实际时间空与我们预期的不同，那么我认为广义相对论的影响会很大。”
然而，也许这篇最新论文最令人兴奋的方面是，它可以提供黑洞观察和基础物理学的结合。一个上面有头发的黑洞(宇宙中最极端的天体实验室)的发现，使我们能够以前所未有的方式探索弦理论和量子引力的概念。事实证明，爱因斯坦的方程是如此复杂，以至于我们每年都会发现它们的新特征。

文章插图
梅德罗斯说:“弦理论和量子引力的一个主要问题是，很难检验这些预测。所以，如果有什么远程检测的方法，那就太好了。”