同卵双胞胎跟黑洞没什么关系。双胞胎可能有着相同的基因蓝图，但他们在气质和发型等上千种方面可能有所不同。根据爱因斯坦的引力理论，黑洞只有三个特征——质量、自旋和电荷。如果这两个值对于任何两个黑洞来说都是相同的，那么就不可能将两个黑洞区分开来。他们说，黑洞没有毛发。
“在经典广义相对论中，它们是完全相同的，”哈佛大学的理论物理学家保罗·切斯勒(Paul Chesler)说。“你看不出有什么区别。”
然而，科学家们开始怀疑“无毛定理”是否完全正确。2012年，当时在剑桥大学(University of Cambridge)工作、现在在多伦多大学(University of多伦多)工作的数学家斯特凡诺斯·阿雷塔克斯(Stefanos aretakis)提出，某些黑洞的视界可能存在不稳定性。这些不稳定性会有效地给予黑洞视界的某些区域比其他区域更强的引力。这将使原本相同的黑洞得以区分。
然而，他的方程只表明这对所谓的极值黑洞是可能的，极值黑洞是指质量、自旋或电荷都可能有最大值的黑洞。据我们所知，“这些黑洞不可能存在，至少在自然界中是不存在的，”切斯勒说。
但如果有一个接近极值的黑洞，一个接近这些极值但不太接近的黑洞呢?这样的黑洞应该是存在的，至少理论上是这样的。它是否违反了无毛定理?
上月末发表的一篇论文表明这是可能的。此外，引力波观测台可以探测到这种毛发。
“Aretakis基本上是在暗示，有一些信息留在了地平线上，”马萨诸塞大学和罗德岛大学的物理学家、论文合著者之一Gaurav Khanna说。“我们的论文开启了测量这种头发的可能性。”
特别是，科学家们认为，无论是黑洞形成后的残余，还是后来的扰动，比如物质落入黑洞，都可能在一个接近极端黑洞的视界上或视界附近造成引力不稳定。康纳说:“我们预计，我们将看到的引力信号将与普通黑洞截然不同，它们不是极值的。”
新泽西州普林斯顿高等研究院的天体物理学家Lia Medeiros说，如果黑洞确实有头发——因此保留了一些关于它们过去的信息——这可能会对已故物理学家史蒂芬·霍金提出的著名的黑洞信息悖论产生影响。这个悖论提炼了20世纪物理学的两大支柱——广义相对论和量子力学之间的根本冲突。Medeiros说:“如果你违反了(信息悖论的)其中一个假设，你就有可能解决悖论本身。”“其中一个假设是无毛定理。”
这可能会产生广泛的影响。“如果我们能够证明的实际时空黑洞外的黑洞不同于我们所期望的,那么我认为这是对广义相对论产生非常巨大的影响,”Medeiros说,10月份合著的一篇论文,解决黑洞的观测几何形状是否符合预测。
然而，也许这篇最新论文最令人兴奋的方面是，它可以提供一种方法，将对黑洞的观测与基础物理学相结合。探测黑洞的毛发——也许是宇宙中最极端的天体物理实验室——可以让我们以一种以前从未可能的方式探测弦理论和量子引力等概念。
“弦理论和量子引力的一个大问题是，真的很难验证这些预测，”Medeiros说。“所以，如果你有任何东西哪怕只是一点点可测试的，那就太棒了。”
然而，这里存在着一些重大障碍。目前还不能确定是否存在近乎极端的黑洞。(切斯勒说，目前最好的模拟通常会产生距离极值30%的黑洞。)即使他们发现了，也不清楚引力波探测器是否足够敏感，能够从头发上发现这些不稳定性。
更重要的是，头发的寿命非常短，仅持续几分之一秒。
但这篇论文本身，至少在原则上，似乎是合理的。“我认为社区里没有人会怀疑，”切斯勒说。“这不是投机。事实证明，爱因斯坦的方程是如此复杂，以至于我们每年都在发现它们的新特性。”
下一步将是看看我们应该在我们的重力探测器中寻找什么样的信号——要么是目前运行的LIGO和Virgo，要么是未来的仪器，如欧洲航天局的太空LISA仪器。
“我们现在应该在他们的工作基础上，真正计算出这种引力辐射的频率，并理解我们如何测量和识别它，”伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的天体物理学家Helvi Witek说。“下一步是从这个非常好的和重要的理论研究，到什么将是签名。”
我们有很多理由这么做。虽然通过探测来证明这篇论文是正确的可能性很小，但这样的发现不仅会挑战爱因斯坦的广义相对论，还会证明近极值黑洞的存在。
“我们很想知道大自然是否允许这样的动物存在，”康纳说。“这将对我们的领域产生非常戏剧性的影响。”
广达电脑杂志,
