黑洞引力波打破了爱因斯坦对黑洞的预测

　　在今年年初，天文学家取得了一个重大发现。在爱因斯坦首次预测引力波将近一个世纪后，物理学家终于探测到了它们——两个黑洞合并所辐射出的时空涟漪。这是对爱因斯坦广义相对论的一个强有力证实。然而，这一发现也提供了首个引人瞩目的证据表明广义相对论在黑洞的事件视界（即最外层边界，从这里开始陷入黑洞的光无法逃逸）失效。

　　自二月份以来，激光干涉引力波天文台（LIGO）总共已探测到三起引力波事件。而现在，研究人员已经对这些数据进行了研究，并表示他们在引力波中发现了“回波”的证据，这些回波违背了爱因斯坦对黑洞的预测。

　　现在，新的声明已经发布在电子预印本文库ArXiv上，在提交同行评审之前，可以由物理学界的其他专家检查。所以如果更加详尽地审查数据，这些回波很可能是不存在的。而且目前的证据还未达到关键的5σ误差范围，这是物理学世界的黄金标准——意味着结果是意外的可能性为350万分之一。

　　但是如果进一步的研究表明这些“回声”真的存在，这对于物理学而言将是一个重大的日子。此前物理学家就已认为，广义相对论会在黑洞的中心崩溃，但这项新研究将表明它在黑洞边缘也失效了。这可能预示着新物理学的诞生。

　　如果回波消失，广义相对论只是经受住了又一次检验。几十年来，物理学家一直试图在广义相对论上寻找漏洞，试图找到可以更好地与量子力学兼容的方法。但到目前为止，爱因斯坦的广义相对论自始至终都保持完好。

　　但在我们忘乎所以之前，先来了解下这些“回波”是什么，它们与广义相对论有什么关系？

　　所有这一切都归结为黑洞信息悖论。

　　根据爱因斯坦的广义相对论，任何穿过黑洞事件视界的东西都会从这个宇宙消失，不会留下任何痕迹。此前物理学家认为黑洞引力无比强大，就连光也无法逃脱其束缚，因此称其为“黑”。然而，后来物理学家质疑了这个想法。因为根据量子力学，被黑洞吞噬的物质实际上会在外面留下自身的痕迹。

　　那么，黑洞的边界如何能既满足广义相对论，又满足量子力学的呢？这是物理学中一个悬而未解的重大问题。其中一种解释是火墙理论，认为有一圈高能粒子围绕着黑洞的事件视界，任何穿过其中的物质都会被烧毁。

　　而霍金提出了另一种理论，认为黑洞被“软毛”所包围。 这里的“软毛”当然不是真毛，而是黑洞周围真空中那些零能量状态的软粒子——如低能量的光子、以及引力子等。所有陷入黑洞的物质，都将在这些软粒子上留下信息。

　　无论怎样，这些理论都认为黑洞实际上是“毛绒绒的”，而非广义相对论所预言的清晰事件视界。直到今年引力波发现之前，由于没有黑洞的数据，因此很难对现有的理论进行检验。

　　现在，有了引力波的数据，物理学家提出了一种测量黑洞事件视界的方法。该方法预言，如果黑洞的事件视界确实违背了广义相对论并且是有毛的，那么在爆发出最初的引力波之后应当会释放出一系列回波。

　　这是因为围绕黑洞的绒毛可能就像一面镜子，能俘获一些从黑洞合并中逃脱出来的引力波，并将它们来回反d，所以会有一些逃脱出来并被LIGO探测到。

　　根据物理学家的计算，这些回波将在最初引力波爆发后0.1、0.2和0.3秒时被LIGO探测到，而这正是收集到的数据所显示的。不仅是在今年年初宣布的那一次，而且是自那之后的另外两次引力波均有出现。

　　当然，三起引力波爆发事件仍然只是一个相当小的样本。而这些回波只是某种背景噪声的可能性约为270分之一，但进一步的探测应该能有助于缩小这种几率。