簡(jiǎn)介：黑洞有“頭發(fā)”？新的研究發(fā)現(xiàn)打破了以往的黑洞唯一性原則，世人得以窺見黑洞乃至宇宙的更多奧秘。

一些研究人員發(fā)現(xiàn)了黑洞“無毛”定理中的一個(gè)扭結(jié)

黑洞“無毛”定理表明，黑洞僅由3個(gè)物理量確定：質(zhì)量、角動(dòng)量和電荷—“頭發(fā)”是與這三個(gè)物理量不同的其它相關(guān)的特性的一個(gè)隱喻。

來自于馬薩諸塞達(dá)特茅斯大學(xué)和羅德島大學(xué)的理論研究人員的一項(xiàng)新研究結(jié)果表明，事實(shí)上，有一種特殊類型的黑洞確實(shí)違反“無毛”定理。

關(guān)于“無毛”定理的扭結(jié)

該團(tuán)隊(duì)聚焦在極端黑洞：一種能最大程度攜帶它們能攜帶的電荷或能最大程度旋轉(zhuǎn)的“飽和”黑洞。

他們發(fā)現(xiàn)了一種可以從黑洞視界的時(shí)空曲率中構(gòu)造出來的，守恒的，并且可以從地球上測(cè)量出來的量或性質(zhì)。

由于這個(gè)量取決于黑洞的形成方式，而不是三個(gè)經(jīng)典性質(zhì)，因此它違反了黑洞“無毛”定理唯一確定性的特性。

引力頭發(fā)

研究團(tuán)隊(duì)稱，他們發(fā)現(xiàn)的量，構(gòu)成了“引力頭發(fā)”。他們聲稱，有可能在最近和即將到來的引力波天文臺(tái)測(cè)量到如LIGO和 LISA的引力波。

“這個(gè)結(jié)果是令人驚訝的，因?yàn)楹诙礋o毛定理已經(jīng)建立，并且尤其是它能擴(kuò)展到極端黑洞，” 理論研究的Lior Burko博士在一篇新聞稿中解釋，“必須存在一個(gè)不滿足黑洞無毛定理的假設(shè)，來解釋黑洞無毛定理在這種情況下是如何不適用的。”

“黑洞無毛定理假設(shè)時(shí)間是獨(dú)立的。但是阿雷塔基斯現(xiàn)象明顯在視野上違反了時(shí)間獨(dú)立性。這是一個(gè)小孔，通過這個(gè)小孔，頭發(fā)可以突出來，引力波天文臺(tái)能夠在很遠(yuǎn)的地方對(duì)其進(jìn)行梳理?！彼^續(xù)說道。

探索宇宙的奧秘

該研究團(tuán)隊(duì)通過大量的數(shù)據(jù)模擬，得出了這一結(jié)論。他們使用了幾十個(gè)最高端的Nvidia圖像處理單元（GPUs），每個(gè)處理單元都超過5,000核。

“每臺(tái)GPU每秒都能執(zhí)行多達(dá)7萬億次計(jì)算；然而，即使有這樣的計(jì)算能力，模擬也要幾個(gè)星期才能完成，” 馬薩諸塞達(dá)特茅斯大學(xué)的高拉夫·康納說道。

這項(xiàng)新研究指出了我們測(cè)量黑洞的新方法，并通過模擬方法，更多地了解宇宙的奧秘。

相關(guān)知識(shí)

黑洞（英語(yǔ)：black hole）是時(shí)空展現(xiàn)出極端強(qiáng)的引力，以至于沒有粒子，甚至電磁輻射，像是光能逃逸的區(qū)域。廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)，足夠緊密的質(zhì)量可以扭曲時(shí)空，形成黑洞；不可能從該區(qū)域逃離的邊界稱為事件視界（英語(yǔ)：event horizon）。雖然，事件視界對(duì)穿越它的物體的命運(yùn)和情況有巨大影響，但對(duì)該地區(qū)的觀測(cè)似乎未能探測(cè)到任何特征。在許多方面，黑洞就像一個(gè)理想的黑體，它不反光。此外，彎曲時(shí)空中的量子場(chǎng)論預(yù)測(cè)，事件視界發(fā)出的霍金輻射，如同黑體的光譜一樣，可以用來測(cè)量與質(zhì)量反比的溫度。在恒星質(zhì)量的黑洞，這種溫度高達(dá)數(shù)十億K，因此基本上無法觀測(cè)。

1973年，史蒂芬·霍金、布蘭登·卡特等人證明約翰·惠勒提出的無毛定理（No Hair Theorem）。根據(jù)惠勒，黑洞只有質(zhì)量、角動(dòng)量以及電荷三個(gè)不能變?yōu)?span>電磁輻射的守恒量，其他的信息全都喪失了，幾乎沒有形成它的物質(zhì)所具有的任何復(fù)雜性質(zhì)。黑洞不存在如立方體、椎體或其他有凸起的形態(tài)，因此稱為黑洞的無毛定理。

黑洞信息佯謬（英語(yǔ)：Black hole information paradox）起源于量子力學(xué)與廣義相對(duì)論兩者的結(jié)合。其指出物理信息可能永久消失于黑洞中，導(dǎo)致許多不同的物理狀態(tài)最終會(huì)變?yōu)橄嗤臓顟B(tài)，跟無毛定理的內(nèi)涵相符合。這現(xiàn)象違反了一個(gè)科學(xué)上的宗旨，亦即原則上，由于量子決定性，一物理系統(tǒng)于某個(gè)時(shí)刻的完整信息會(huì)決定其它任意時(shí)刻的狀態(tài)。量子力學(xué)中的一項(xiàng)基礎(chǔ)假設(shè)指出：一系統(tǒng)的完整信息涵蓋于其波函數(shù)，直到發(fā)生波函數(shù)坍縮。波函數(shù)的時(shí)間演化由幺正算符來決定，而幺正性暗示了量子世界信息的保存。

BY:?Chris Young

FY: 糖匣子

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