剑桥大学论文检测

一项新的研究表明，极端黑洞可以用我们能够发现的方式打破著名的“黑洞无毛”定理 。 图：黑洞无毛？ 1960年代，物理学家约翰·惠勒（John Wheeler）及其同事根据爱因斯坦的广义相对论，提出黑洞只能具有三个物理特征：质量，自旋和电荷，换言之，黑洞“无毛”，这是一个隐喻，意味着所有黑洞都相同。如果对于任何两个“双胞胎”黑洞，这些值都相同，则不可能将一个黑洞与其孪生兄弟区分开。 在1970年代，斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）提出了现在称为霍金辐射的概念。所有黑洞都会以量子粒子的形式“泄漏”，或者说随时间逃逸。最终，霍金辐射导致黑洞完全蒸发，从而留下一个唯一的真空。由于霍金辐射是完全随机的，这意味着黑洞会随着时间的流逝而丢失信息，这就产生了悖论，因为在最小尺度上，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恢复的。这就是黑洞信息悖论。 图：黑洞信息悖论 哈佛大学理论物理学家保罗·切斯勒说：“在经典广义相对论中，黑洞将完全相同，你说不出区别。” 科学家已经开始怀疑“无毛定理”是否严格正确。2012年，剑桥大学数学家史蒂凡诺（Stefanos Aretakis，现就职于多伦多大学）建议，某些黑洞的事件视界可能不稳定。这些不稳定性将有效地赋予黑洞视界的某些区域比其他区域更大的引力。这就使原本看似相同的黑洞变得可以分辨。 但是，他的方程仅表明，这对于所谓的极端黑洞是可能的，这些黑洞的质量，自旋或电荷都可能具有最大值。“这些黑洞至少在自然界不可能存在，”切斯勒说。 但是如果有一个近极端黑洞，而这个黑洞靠近，但还没有完全达到这些极值，那又如何？至少在理论上，这样的黑洞应该能够存在。它可以检测到违反无毛定理的情况吗？ 上个月末发表的一篇论文表明了这一可能。此外，黑洞毛可以通 过引力波观测仪检测到。 图：极端克尔黑洞也许有毛 论文的合作者之一，马萨诸塞大学和罗德岛大学的物理学家高拉夫·卡纳（Gaurav Khanna）说：“ 基本上，史蒂凡诺暗示了视界上还遗留有一些信息。我们的论文开辟了测量黑洞毛的可能性。” 特别是，科学家们建议，黑洞的形成或后来的干扰（例如掉入黑洞的物质）的残留物，可能在接近极端黑洞的事件视界上或附近产生引力不稳定性。卡纳说：“我们希望看到的引力信号与通常非极端黑洞完全不同。” 普林斯顿大学高等研究院的天体物理学家利亚·梅代罗斯（Lia Medeiros）表示，如果黑洞确实有毛，从而保留了一些有关其过去的信息，这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。这种悖论提炼了广义相对论与量子力学之间的根本矛盾，量子力学是20世纪物理学的两个重要支柱之一。利亚说：“如果违反了（黑洞信息悖论）其中一种假设，则也许能够解决悖论本身”，“假设之一就是无毛定理。” 其后果可能是广泛的。“如果我们能够证明黑洞外的黑洞实际时空和我们预期的不同，那么我认为将会有广义相对论确实有巨大的影响。” 然而，也许这篇最新论文最令人兴奋的方面是它可以提供一种将黑洞的观测与基础物理学相结合的方法。在黑洞（宇宙中最极端的天体实验室）上发现黑洞有毛，可以使我们以前所未有的方式探究诸如弦论和量子引力之类的观念。事实证明，爱因斯坦的方程是如此复杂，以至于我们每年都在发现它们的新特性。 梅德罗斯说：“弦论和量子引力的主要问题之一是很难检验这些预测。因此，如果有任何远程探测手段，那就太好了。” 但是还有很多障碍。尚不确定是否存在近极端黑洞。即使这样，也不清楚引力波探测器是否足够灵敏地从黑洞毛上发现这些不稳定性。更重要的是，黑洞毛的预期寿命极短，仅几分之一秒。 但论文本身至少在原理上似乎是可靠的。切斯勒说：“我认为圈子里没人对此表示怀疑……这不是思辨。事实证明，爱因斯坦的方程是如此复杂，以至于我们每年都在发现它们的新特性。” 下一步将是看看我们应该在引力探测器中寻找什么样的信号-今天正在运行的LIGO和VERGO，或者诸如欧洲航天局的未来设备如LISA。 图：欧洲航天局设想的LISA太空实验原理示意 UIUC天体物理学家赫尔维·维泰克（Helvi Witek）说：“人们现在应该以这一工作为基础，真正计算出这种引力辐射的频率，并了解如何测量和识别它。” 有很多理由要这样做。虽然可以证明论文正确的检测机会很小，但这样的发现不仅会挑战爱因斯坦的广义相对论，而且会证明存在极端黑洞。

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