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新理论认为黑洞“有毛”， 可以被观察到

黑洞“无毛”概念的新解释。爱因斯坦提出的相对论认为黑洞无其他信息，只由质量、电荷、自旋率描述。但也有基于时空“扭曲”而非“弯曲”的相对论方法，在数学上等价但提供不同视角。最近研究发现，在“扭曲”方法中，可以通过引入标量场使黑洞具有额外信息，相当于给黑洞加上“毛发”。这可能使我们在不进入黑洞内部的情况下，通过观测事件视界附近的标量场，来获得更多黑洞信息。接下来需要研究这种标量场在黑洞碰撞中的观测特征。总之，新方法可能打破黑洞“无毛”概念，让我们获取更多关于这神秘天体的信息。

爱因斯坦的相对论认为“黑洞无毛”，但一个新的修正可能会给这些神秘的物体带来他们长久寻求的“头发”。

©unsplash

在天体物理学中，有句话说“黑洞无毛”。这意味着，根据广义相对论，黑洞是极其简单的物体。描述一个黑洞所需要的只有它的质量、电荷和自旋率。仅凭这三个数字，你就已经知道了关于黑洞的所有信息。换句话说，它们是光秃秃的，没有额外的信息。

这一方面对天体物理学家来说非常令人沮丧，他们迫切地想了解这些宇宙巨兽是如何运作的。但由于黑洞没有“头发”，所以没有办法了解它们的更多信息以及它们的运作原理。可惜，黑洞仍然是宇宙中最令人费解和神秘的物体之一。

但“无毛”黑洞的概念依赖于我们对广义相对论的当前理解，该理论最初由爱因斯坦提出。爱因斯坦的相对论将重力描述为时空的弯曲。任何有质量或能量的物体都会弯曲时空，而这种弯曲会指示这些物体如何运动。

然而，这并非构建相对论的唯一方法。还有另一种完全不同的方法，它关注时空的“扭曲”，而不是弯曲。在这种观点中，任何有质量或能量的物体都会在周围扭曲时空，这种扭曲会指示其他物体如何运动。

这两种方法，一种基于曲率，另一种基于扭曲，在数学上是等价的。但因为爱因斯坦首先开发了基于曲率的语言，所以它被更广泛地使用。基于扭曲的方法，因其在数学上使用平行线而被称为“广义协变引力”，它提供了许多在曲率方法中不明显的理论洞察。

例如，一个理论物理学家团队最近研究了广义协变引力如何解决黑洞毛发问题。他们在 7 月发表在预印本数据库 arXiv 上的论文中详细介绍了他们的工作 (该研究尚未同行评审)。

该团队研究了广义相对论的潜在扩展，使用了一种叫做标量场的量子对象，它存在于整个时空中。标量场的著名例子是希格斯玻色子，它负责赋予许多粒子以质量。宇宙中可能存在其他标量场，它们会微妙地改变重力的工作方式，物理学家一直使用这些标量场来试图解释宇宙奥秘的本质，如暗物质和暗能量。

在常规的基于曲率的广义相对论中，只有那么多方法可以添加标量场。但在广义协变引力中，有更多的选择。该研究小组发现了一种使用广义协变框架将标量场添加到广义相对论的方法。然后，他们使用这种方法来研究这些标量场是否会在黑洞附近出现，而这些标量场在其他情况下是看不到的。

结果是：当通过广义协变的透镜探索时，添加到广义相对论的标量场给黑洞带来了一些“头发”。

在这种情况下的“头发”是指在黑洞事件视界附近存在强烈的标量场。关键是，这种标量场携带了黑洞内部的信息，这将使科学家能够在不深入黑洞内部的情况下了解更多关于黑洞的信息。

现在，研究人员已经确定了如何给黑洞一些“头发”，他们接下来需要研究这些结果的观测后果。例如，未来的引力波观测可能会在黑洞碰撞中揭示这些标量场的微妙特征。

本文译自 Live Science，由 BALI 编辑发布。

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