不要告诉爱因斯坦,但黑洞可能有“头发”
712字
2021-02-15 17:56
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火星译客

同卵双胞胎在黑洞上什么也没有。双胞胎可能来自相同的遗传蓝图,但它们可能在千种方面有所不同-从气质到发型。根据爱因斯坦的引力理论,黑洞只能具有三个特征:质量,自旋和电荷。如果对于任何两个黑洞,这些值都相同,则不可能将一个双胞胎与另一个黑洞区分开。他们说,黑洞没有头发。

哈佛大学的理论物理学家保罗·切斯勒说:“在经典广义相对论中,它们将完全相同。” “你不能说出区别。”

然而科学家已经开始怀疑“无毛定理”是否严格正确。 2012年,一位名叫Stefanos Aretakis的数学家(当时是剑桥大学,现在是多伦多大学)建议,某些黑洞可能会扰乱事件范围。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。那将使原本相同的黑洞变得可辨别。

但是,他的方程式仅表明,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。据我们所知,“这些黑洞至少在自然界不可能存在,”切斯勒说。

但是,如果您有一个接近极端的黑洞,而这个黑洞接近这些极端值,但还没有完全达到它们,该怎么办?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?

上个月末发表一篇论文表明了它的可能。此外,该头发可以通过重力波观测仪检测到。

马萨诸塞州大学和罗德岛大学的物理学家,合著者之一高拉夫·卡纳(Gaurav Khanna)说:“ Aretakis基本上暗示了一些信息尚待解决。” “我们的论文开辟了测量这种头发的可能性。”

特别是,科学家们建议,黑洞的形成或后来的干扰(例如,落入黑洞的物质)的残留物可能在接近极端的黑洞的事件视界上或附近产生重力不稳定性。卡纳说:“我们希望看到的引力信号与普通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利亚·梅德罗斯(Lia Medeiros)说,如果黑洞确实长发,从而保留了一些过去的信息,那么这可能会对已故物理学家斯蒂芬·霍金提出的著名黑洞信息悖论产生影响。新泽西州。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。 Medeiros说:“如果您违反了(信息悖论)的假设之一,则可能能够解决悖论本身。” “假设之一是无毛定理。”

其后果可能是广泛的。 “如果我们能够证明黑洞的黑洞外的实际空间,时间是从我们所期望的不同,那么我认为将会有广义相对论确实有巨大的影响,”梅代罗斯,谁合着称的纸十月讨论了观察到的黑洞几何形状是否与预测一致。

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本物理学相结合的方法。在黑洞(也许是宇宙中最极端的天体实验室)上检测头发,可以使我们以前所未有的方式探索诸如弦论和量子引力之类的观念。

Medeiros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,如果您有任何可以远程测试的东西,那就太好了。”

但是,还有很多障碍。不确定是否存在接近极端的黑洞。 (切斯勒表示,目前最好的模拟方法通常会产生距离黑头30%的黑洞。)即使这样做,引力波探测器是否足够灵敏地从头发上发现这些不稳定性,目前尚不清楚。

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