無毛定理是什麼?和新發現的引力波有關係嗎?

2023-03-31 16:08:29

無毛定理，是對於黑洞的一種「新解釋」，認為黑洞幾乎沒有形成它的物質所具有的任何複雜性質，對前身物質的形狀或成分都沒有記憶，而無毛定理的出現，引起了很多科學家的爭論，有的贊同這一說法，有的卻認為這一觀點從誕生就一直存在爭議，而在最近發現的引力波中也被認為和無毛定理有關係，兩者之間真的存在關係嗎？

無毛定理是什麼？

黑洞無毛定理：「無論什麼樣的黑洞，其最終性質僅由幾個物理量（質量、角動量、電荷）惟一確定」。即當黑洞形成之後，只剩下這三個不能變為電磁輻射的守恆量，其他一切信息（「毛髮」）都喪失了，黑洞幾乎沒有形成它的物質所具有的任何複雜性質，對前身物質的形狀或成分都沒有記憶。「黑洞」的命名者惠勒戲稱這特性為「黑洞無毛定理」。

無毛定理的爭議：

有科學家說黑洞「無毛」，就有科學家可以給黑洞添「毛」，比如黑洞防火牆這個觀點，為黑洞帶來一層神秘的「毛髮」。這個觀點從其誕生就一直存在爭議，它描述的是一個更悲慘的故事，黑洞視界周圍存在一睹能量牆，它阻隔了事件視界內外的兩個「世界」，這時候如果你想掉進黑洞都進不去，你對事件視界內部的好奇心會在撞上防火牆的瞬間被無情的擊碎，或許擊碎都不夠形容這種強大力量，那是真正的灰飛煙滅。

有科學家認為黑洞「無毛」，又有科學家認為黑洞有毛(火牆)，總之，無論黑洞有毛無毛，掉進去總是出不來的。這時候，霍金教授說話了，他提出了霍金輻射理論，認為該出去的還是會出去的。霍金輻射，這個理論讓黑洞不再是個永久監獄，霍金輻射指出黑洞不會永存，它會「蒸發」，它會因輻射而損失質量。

引力波和無毛定理有關係嗎？

當LIGO宣布了引力波被探測到這一歷史性消息後，英國物理學家及黑洞理論學家斯蒂文·霍金迅速對以美國科學家為首的科學聯合組織表示了祝賀，並分享了他對這一歷史性消息的激動之情。「引力波為我們觀察宇宙提供了一條嶄新的路徑，」霍金說道。「觀測到引力波就意味著有可能帶來天文學上的革命。」通過LIGO在路易斯安那州和華盛頓的兩處觀測站點，物理學家們不僅探測到了引力波；該引力波包含了一個非常清晰的信號，與13億光年外黑洞併合體的理論模型十分匹配。經過對黑洞併合後發出的信號進行初始分析，霍金髮現這一體系與他在70年代提出的理論似乎是吻合的。

霍金最為人所知的成就或許就是將量子理論與黑洞物理學相融合，認識到黑洞會隨時間蒸發，將他與理論物理界中大名鼎鼎的「火牆悖論」聯繫在一起。不過這裡，霍金指的是他的黑洞面積定理，即鑄就黑洞力學第二定律的基礎。在這一定律中，黑洞的面積不會隨時間減小。從這一定理可以推出，如果兩個黑洞併合，併合後黑洞的視界線面積「大於兩個初始黑洞的面積之和」。霍金也指出，這一引力波信號也吻合黑洞「無毛定理」，即黑洞可以只用自轉、質量及電荷這三個參數來描述。

這個問題觸及了圍繞黑洞演化相關的最大的謎團之一。目前，天文學家仍無法解釋黑洞的巨大質量從何而來。一方面，存在著大質量恆星演化為超新星後即刻形成的恆星型黑洞；另一方面，我們也有充分證據表明超大質量黑洞蟄伏在絕大部分星系中心。然而這二者之間卻並無關聯。

我們已經確認，此次探測到的引力波是由雙黑洞併合引發的。兩個分別是29倍和36倍太陽質量的黑洞碰撞併合為一，產生出一個非常清晰的引力波信號。儘管如此，正如霍金指出，這一質量的黑洞是如何形成的可以為黑洞的生長方式提供一些線索。不過有一件事是毫無疑問的：這是我們有史以來第一次獲得黑洞併合的直接證據，這也是構成黑洞演化理論的關鍵機制。這證明我們是在正確的道路上前進著。更多精彩文章關注微信公眾號：iwuyiqu