可以使用時空中的漣漪來檢測黑洞的「毛髮」

一項新研究表明，通過觸摸黑洞的「毛髮」，可以探測到鎖定在黑洞內部的信息。黑洞是一種具有巨大引力的天體，即使是光，一旦穿過視界也無法逃脫它們的束縛。黑洞的視界鎖住了黑洞內部的秘密，這些秘密可能會徹底改變我們對物理學的理解。

不幸的是，幾十年來許多科學家認為，任何落入黑洞的信息都可能永遠丟失。但新的研究表明，時空中的漣漪（引力波），可能攜帶著這種隱藏信息的微弱低語，因為它揭示了黑洞表面細微的「毛髮」的存在。

「長毛」的黑洞？

就我們對黑洞的理解而言，黑洞是一種令人懷疑的簡單物體。無論什麼落入黑洞，無論是恆星、氣體雲和塵埃，還是你最大的敵人，黑洞都可以用三個且只有三個簡單的數字來描述：電荷、質量和自旋。

這意味著如果你有兩個完全相同大小的黑洞，完全相同的電荷，並且以完全相同的速率旋轉，你將無法區分它們。這令人懷疑的原因是，所有落入這兩個黑洞的有價值的信息都發生了變化。它被摧毀了嗎？消失在視界之下？困在宇宙某個難以接近的地方？

最簡單的解決辦法就是由美國物理學家約翰·惠勒首先提出的「黑洞沒有毛髮」定理，黑洞內部沒有額外的信息，只有它們的質量，電荷和自旋。其他一切都被簡單地摧毀在視界之外，永遠永遠地鎖在宇宙之外。

信息悖論

但是在1974年，史蒂芬·霍金提出了一個革命性的想法：黑洞不是不可避免的宇宙真空吸塵器。相反，亞原子粒子可能通過一種奇異的量子過程逃離黑洞，這將導致它們的表面釋放出輻射。隨著時間的推移，這種被稱為霍金輻射的輻射會導致黑洞慢慢失去能量。最終，在漫長的時間裡逐漸失去質量後，黑洞會完全蒸發掉。

如果黑洞可以蒸發，那麼所有落入其中的信息會發生什麼？就我們所知，霍金輻射並沒有帶走任何信息。而且我們真的，真的不認為信息可以在這個宇宙中被創造或毀滅。這就是黑洞信息悖論。信息進入黑洞，黑洞消失，我們不知道信息發生了什麼。

也許信息被鎖在黑洞的深處，在奇點附近，蒸發就在奇點之前停止，留下一個裝滿信息的小球。或者黑洞也不是完全沒有毛的。它們在表面上保留了落入其中的任何東西的信息，包含在所謂的「延伸視界」中，一個在事件視界之上的表面包含量子力學信息。隨著黑洞的溶解，霍金輻射帶走了包含在延伸的視界中的信息，解決了這個悖論，並保留了我們所知道的現實。

理論測試

6月22日發表的一項新研究提出了一種方法：探測引力波。當黑洞合併時，它們會釋放出洶湧的引力波，波及整個宇宙。儘管這些碰撞產生了令人難以置信的能量，但這些宇宙碰撞產生的引力波異常微弱。當這些波席捲地球時，它們幾乎無法推動單個原子。

但我們有LIGO，它可以通過光從遙遠的探測器傳播所需時間的微小變化來探測這些細微的運動。LIGO已經在整個宇宙中觀測了數十次潛在的黑洞碰撞的後果，這些碰撞甚至導致了2017年的諾貝爾獎。到目前為止，這些觀察結果與「無毛定理」是一致的，這表明在黑洞表面沒有額外的信息被編碼。

但還是有機會的。黑洞上可能有「柔軟的毛髮」，只是一點點信息，以一種難以探測的方式構造。引力波的這些變化目前還不能被探測到，但未來版本的LIGO可能具備這樣的靈敏度。這樣我們就能最終分辨出黑洞是否有毛狀。