黑洞引力波打破了愛因斯坦對黑洞的預(yù)測

　　在今年年初，天文學(xué)家取得了一個重大發(fā)現(xiàn)。在愛因斯坦首次預(yù)測引力波將近一個世紀后，物理學(xué)家終于探測到了它們——兩個黑洞合并所輻射出的時空漣漪。這是對愛因斯坦廣義相對論的一個強有力證實。然而，這一發(fā)現(xiàn)也提供了首個引人矚目的證據(jù)表明廣義相對論在黑洞的事件視界（即最外層邊界，從這里開始陷入黑洞的光無法逃逸）失效。

　　自二月份以來，激光干涉引力波天文臺（LIGO）總共已探測到三起引力波事件。而現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)對這些數(shù)據(jù)進行了研究，并表示他們在引力波中發(fā)現(xiàn)了“回波”的證據(jù)，這些回波違背了愛因斯坦對黑洞的預(yù)測。

　　現(xiàn)在，新的聲明已經(jīng)發(fā)布在電子預(yù)印本文庫ArXiv上，在提交同行評審之前，可以由物理學(xué)界的其他專家檢查。所以如果更加詳盡地審查數(shù)據(jù)，這些回波很可能是不存在的。而且目前的證據(jù)還未達到關(guān)鍵的5σ誤差范圍，這是物理學(xué)世界的黃金標(biāo)準(zhǔn)——意味著結(jié)果是意外的可能性為350萬分之一。

　　但是如果進一步的研究表明這些“回聲”真的存在，這對于物理學(xué)而言將是一個重大的日子。此前物理學(xué)家就已認為，廣義相對論會在黑洞的中心崩潰，但這項新研究將表明它在黑洞邊緣也失效了。這可能預(yù)示著新物理學(xué)的誕生。

　　如果回波消失，廣義相對論只是經(jīng)受住了又一次檢驗。幾十年來，物理學(xué)家一直試圖在廣義相對論上尋找漏洞，試圖找到可以更好地與量子力學(xué)兼容的方法。但到目前為止，愛因斯坦的廣義相對論自始至終都保持完好。

　　但在我們忘乎所以之前，先來了解下這些“回波”是什么，它們與廣義相對論有什么關(guān)系？

　　所有這一切都歸結(jié)為黑洞信息悖論。

　　根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論，任何穿過黑洞事件視界的東西都會從這個宇宙消失，不會留下任何痕跡。此前物理學(xué)家認為黑洞引力無比強大，就連光也無法逃脫其束縛，因此稱其為“黑”。然而，后來物理學(xué)家質(zhì)疑了這個想法。因為根據(jù)量子力學(xué)，被黑洞吞噬的物質(zhì)實際上會在外面留下自身的痕跡。

　　那么，黑洞的邊界如何能既滿足廣義相對論，又滿足量子力學(xué)的呢？這是物理學(xué)中一個懸而未解的重大問題。其中一種解釋是火墻理論，認為有一圈高能粒子圍繞著黑洞的事件視界，任何穿過其中的物質(zhì)都會被燒毀。

　　而霍金提出了另一種理論，認為黑洞被“軟毛”所包圍。 這里的“軟毛”當(dāng)然不是真毛，而是黑洞周圍真空中那些零能量狀態(tài)的軟粒子——如低能量的光子、以及引力子等。所有陷入黑洞的物質(zhì)，都將在這些軟粒子上留下信息。

　　無論怎樣，這些理論都認為黑洞實際上是“毛絨絨的”，而非廣義相對論所預(yù)言的清晰事件視界。直到今年引力波發(fā)現(xiàn)之前，由于沒有黑洞的數(shù)據(jù)，因此很難對現(xiàn)有的理論進行檢驗。

　　現(xiàn)在，有了引力波的數(shù)據(jù)，物理學(xué)家提出了一種測量黑洞事件視界的方法。該方法預(yù)言，如果黑洞的事件視界確實違背了廣義相對論并且是有毛的，那么在爆發(fā)出最初的引力波之后應(yīng)當(dāng)會釋放出一系列回波。

　　這是因為圍繞黑洞的絨毛可能就像一面鏡子，能俘獲一些從黑洞合并中逃脫出來的引力波，并將它們來回反彈，所以會有一些逃脫出來并被LIGO探測到。

　　根據(jù)物理學(xué)家的計算，這些回波將在最初引力波爆發(fā)后0.1、0.2和0.3秒時被LIGO探測到，而這正是收集到的數(shù)據(jù)所顯示的。不僅是在今年年初宣布的那一次，而且是自那之后的另外兩次引力波均有出現(xiàn)。

　　當(dāng)然，三起引力波爆發(fā)事件仍然只是一個相當(dāng)小的樣本。而這些回波只是某種背景噪聲的可能性約為270分之一，但進一步的探測應(yīng)該能有助于縮小這種幾率。