黑洞 沒有毛?科學界發現「量子毛髮理論」解開霍金「黑洞悖論」

[peter]

科學界發現「量子毛髮理論」解開霍金「黑洞悖論」

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https://www.sciencedaily.com/releases/2019/09/190911121948.htm


無毛定理  No-hair theorem
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%97%A0%E6%AF%9B%E5%AE%9A%E7%90%86

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）。根據惠勒，黑洞只有質量、角動量以及電荷三個不能變為電磁輻射的守恆量，其他的信息全都喪失了，幾乎沒有形成它的物質所具有的任何複雜性質。黑洞不存在如立方體、椎體或其他有凸起的形態，因此稱為黑洞的無毛定理

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https://www.cnbeta.com/articles/science/889131.htm

阿尔伯特·爱因斯坦广义相对论中的一个理论认为，在两个黑洞碰撞并合并之后，新创造的黑洞应该像敲钟时一样发出“响声”，在时空中发出引力波涟漪。更重要的是，这些波的俯仰和衰减应该直接告诉我们天体的质量和旋转。现在，天文学家已经成功地第一次观察到了这一点，再一次证明了这位杰出科学家的理论。爱因斯坦的理论认为神秘的黑洞只有三种可观察的特性 - 质量、角动量、电荷。这通常被称为无毛定理，其中“毛发”是其他特征的隐喻，被认为被黑洞本身吞噬。

黑洞是否有“毛发”已经被争论了几十年，但爱因斯坦也提出了一种方法来检验这一理论。当两个黑洞碰撞并形成一个新的黑洞时，它们扭曲了现实的结构，在时空中发出涟漪。关于它们的质量和角动量的细节应该编码在那些波的一些“音调”中。

在过去的四年里，引力波本身已被定期检测到，但迄今为止尚未完成从“音调”中解码天体的属性。麻省理工学院，加州理工学院，斯托尼布鲁克大学和康奈尔大学的研究人员开始着手这样做。

该团队专注于一个名为GW150914的事件 - 这是2015年9月首次探测的引力波。在这个信号中，研究人员确定了黑洞的振铃模式，并使用爱因斯坦提出的方程来计算剩余黑洞的质量和角动量应该是什么（如果理论是正确的话）。然后可以将这些与黑洞质量和角动量的实际测量值和通过其他方法获得的数据进行比较。

如果团队的发现与已知的测量结果非常不同，这暗示黑洞确实具有其他属性，暗示了除广义相对论之外的奇异物理。但果然，团队发现“响声”模式直接与质量和角动量有关。

“我们都希望广义相对论是正确的，但这是我们第一次以这种方式证实它，”该研究的第一作者Maximiliano Isi说。“这是第一个成功直接测试无毛定理的实验测量。这并不意味着黑洞不能有‘毛发’。”

研究人员表示，他们对这种技术带来意想不到的结果感到兴奋。“未来，我们将在地球和太空中拥有更好的探测器，并且不仅可以看到两个，而且可以看到数十种模式，并精确地确定它们的属性，”Isi说道。“如果这些不是黑洞，正如爱因斯坦预测的那样，如果它们是像虫洞或玻色子星更奇特天物体，它们可能不会以相同的方式响起，我们将有机会看到它们。”

该研究发表在《物理评论快报》 杂志上。

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https://6park.news/en/challenge-einsteins-general-theory-of-relativity-black-holes-may-have-grown-hair-scientific-research-cnbeta-com.html

https://www.cnbeta.com/articles/science/1094597.htm


根据爱因斯坦的引力理论，黑洞只能拥有三个特征：质量、自旋和电荷。如果任何两个黑洞的这三个值都一样的话，我们就无法区分这两个黑洞。换句话说，黑洞，没有“毛发”。但现在，科学家已经开始怀疑“无毛定理”是否完全正确


假如有一個近似的極端黑洞呢？即其一個特徵值逼近極端值但又沒有完全達到極端值？這樣的黑洞，在理論上，是可能存在的。我們是否可以在這樣的黑洞上，觀測到違背無毛定理的跡象呢？

上個月末發表的一篇論文顯示，確實存在這樣的可能性

[peter]

近50年大謎題重磅解開了! 科學界發現「量子毛髮理論」解開霍金「黑洞悖論」

 https://tw.news.yahoo.com/%E8%BF%9150%E5%B9%B4%E5%A4%A7%E8%AC%8E%E9%A1%8C%E9%87%8D%E7%A3%85%E8%A7%A3%E9%96%8B%E4%BA%86-%E7%A7%91%E5%AD%B8%E7%95%8C%E7%99%BC%E7%8F%BE-%E9%87%8F%E5%AD%90%E6%AF%9B%E9%AB%AE%E7%90%86%E8%AB%96-%E8%A7%A3%E9%96%8B%E9%9C%8D%E9%87%91-%E9%BB%91%E6%B4%9E%E6%82%96%E8%AB%96-090123221.html


物理學家史蒂芬·威廉·霍金 ( Stephen William Hawking ) 在 1970 年代曾提出黑洞資訊悖論，他指出黑洞消失後，也會永久失去其物理資訊，不過這有違量子理論，量子理論宣稱宇宙裡任何訊息永遠都不會消失。而最新研究「毛髮理論」解決了兩個概念的矛盾。

一份發表於《物理評論快報》（Physical Review Letters）的研究表示，藉由觀察黑洞外部的特性，能推斷黑洞內物質的訊息。這份研究被命名為「毛髮理論」，是從「無毛理論」( No-hair Theory) 發展而來。「無毛理論」指出從黑洞外在的特徵，只能得知其質量、電荷和角動量，不過最新的研究計算出，透過黑洞外在特徵，還能推論更多資訊。

研究人員發現，物質一旦落入黑洞，會在黑洞引力場會留下特殊記號，如此一來便能觀察物質的訊息。科學家認為這項研究的意義在於聯繫量子力學和引力學，解決了兩者的矛盾。

主要研究員之一的英國薩塞克斯大學（University of Sussex）的澤維爾·卡爾梅特（Xavier Calmet）表示，研究指出兩個理論關於黑洞進行的計算是一致的，能夠解釋訊息的儲存，而不需要提出新理論，不過他坦承科學界還需要時間適應此研究。

[peter]

https://read01.com/38A7oQ4.html#.YjnZYVl-Wcw 
英國理論物理學家史蒂芬·霍金提出的黑洞悖論困擾了科學家半個世紀，也導致一些人質疑物理學中的兩大支柱理論——相對論和量子力學。現在，來自英國蘇塞克斯大學科學家們說，他們可能已經通過證明黑洞具有一種被稱為「量子毛髮」的特性解決了這一問題。如果正確，這將標誌著理論物理學的重大進步。

蘇塞克斯大學的澤維爾·卡爾梅特教授領導了這項研究，「科學界普遍認為，解決這一悖論需要物理學的巨大範式轉變，迫使量子力學或廣義相對論進行潛在的重新表述。」他說，「我們發現，這是沒有必要的。」

霍金提出的悖論可以如此理解：量子物理規則規定，信息是守恆的，然而黑洞對這一定律構成了挑戰，因為一旦物體進入黑洞，該物體及其中編碼的任何信息基本上就會永遠消失，不知去向。

科學家們已經提出無數解決方案，包括假設信息在進入黑洞之前被完全消滅的「防火牆理論」、被認為是黑洞邊界模糊的「模糊球理論」，以及弦理論的各種奇異分支等。但這些建議中的大多數都需要重寫量子力學定律或愛因斯坦的引力理論，而這將撼動現代物理學的兩大支柱。

相比之下，卡爾梅特在近期《物理評論快報》雜誌上提出「量子毛髮」定理，聲稱其通過使用一種新的數學公式來彌合廣義相對論和量子力學之間的差距，從而解決了這一悖論。

「量子毛髮」是對基於經典物理學的一種觀點的認可，即黑洞可被視為極其簡單的物體，如果知道了它的質量、角動量和電荷，也就知道了有關它的一切。當黑洞形成後，其他一切信息（「毛髮」）都喪失了。而自20世紀70年代以來，科學家就用「無毛定理」來打趣「光禿禿的」、沒有特徵的黑洞。

卡爾梅特及其合作者認為，黑洞其實是更複雜，或者說是「毛茸茸的」。他們認為，當物質坍塌成黑洞時，它會在引力場中留下微弱的印記。這一印記被稱為「量子毛髮」，它將提供在黑洞坍塌過程中保存信息的機制。根據這一理論，兩個質量和半徑相同、但內部組成不同的黑洞，其引力場會有非常細微的差異。

「我們的解決方案不需要任何猜測；相反，我們的研究表明，這兩個理論可用來對黑洞進行一致的計算，並解釋信息是如何存儲的，而不需要某些激進的新物理學。」卡爾梅特說。

不過，目前尚未有明確方法通過天文觀測來檢驗這一理論，因為引力波動太小而不易測量。但這一理論可能會受到嚴格審查


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