三起黑洞合并事件暗示，廣義相對論在事件視界崩潰

在今年年初，天文學家取得了一個重大發現。在愛因斯坦首次預測引力波將近一個世紀後，物理學家終於探測到了它們——兩個黑洞合并所輻射出的時空漣漪。這是對愛因斯坦廣義相對論的一個強有力證實。然而，這一發現也提供了首個引人矚目的證據表明廣義相對論在黑洞的事件視界（即最外層邊界，從這裡開始陷入黑洞的光無法逃逸）失效。

自二月份以來，激光干涉引力波天文台（LIGO）總共已探測到三起引力波事件。而現在，研究人員已經對這些數據進行了研究，並表示他們在引力波中發現了「回波」的證據，這些回波違背了愛因斯坦對黑洞的預測。

現在，新的聲明已經發布在電子預印本文庫ArXiv上，在提交同行評審之前，可以由物理學界的其他專家檢查。所以如果更加詳盡地審查數據，這些回波很可能是不存在的。而目前的證據還未達到關鍵的5σ誤差範圍，這是物理學世界的黃金標準——意味著結果是意外的可能性為350萬分之一。

但是如果進一步的研究表明這些「回聲」真的存在，這對於物理學而言將是一個重大的日子。此前物理學家就已認為，廣義相對論會在黑洞的中心崩潰，但這項新研究將表明它在黑洞邊緣也失效了。這可能預示著新物理學的誕生。

如果回波消失，廣義相對論只是經受住了又一次檢驗。幾十年來，物理學家一直試圖在廣義相對論上尋找漏洞，試圖找到可以更好地與量子力學兼容的方法。但到目前為止，愛因斯坦的廣義相對論自始至終都保持完好。

但在我們忘乎所以之前，先來了解下這些「回波」是什麼，它們與廣義相對論有什麼關係？

所有這一切都歸結為黑洞信息悖論。

根據愛因斯坦的廣義相對論，任何穿過黑洞事件視界的東西都會從這個宇宙消失，不會留下任何痕迹。此前物理學家認為黑洞引力無比強大，就連光也無法逃脫其束縛，因此稱其為「黑」。然而，後來物理學家質疑了這個想法。因為根據量子力學，被黑洞吞噬的物質實際上會在外面留下自身的痕迹。

那麼，黑洞的邊界如何能既滿足廣義相對論，又滿足量子力學的呢？這是物理學中一個懸而未解的重大問題。

其中一種解釋是火牆理論，認為有一圈高能粒子圍繞著黑洞的事件視界，任何穿過其中的物質都會被燒毀。

而霍金提出了另一種理論，認為黑洞被「軟毛」所包圍。 這裡的「軟毛」當然不是真毛，而是黑洞周圍真空中那些零能量狀態的軟粒子——如低能量的光子、以及引力子等。所有陷入黑洞的物質，都將在這些軟粒子上留下信息。

無論怎樣，這些理論都認為黑洞實際上是「毛絨絨的」，而非廣義相對論所預言的清晰事件視界。

直到今年引力波發現之前，由於沒有黑洞的數據，因此很難對現有的理論進行檢驗。

現在，有了引力波的數據，物理學家提出了一種測量黑洞事件視界的方法。該方法預言，如果黑洞的事件視界確實違背了廣義相對論並且是有毛的，那麼在爆發出最初的引力波之後應當會釋放出一系列回波。

這是因為圍繞黑洞的絨毛可能就像一面鏡子，能俘獲一些從黑洞合并中逃脫出來的引力波，並將它們來回反彈，所以會有一些逃脫出來並被LIGO探測到。

根據物理學家的計算，這些回波將在最初引力波爆發後0.1、0.2和0.3秒時被LIGO探測到，而這正是收集到的數據所顯示的。不僅是在今年年初宣布的那一次，而且是自那之後的另外兩次引力波均有出現。

當然，三起引力波爆發事件仍然只是一個相當小的樣本。而這些回波只是某種背景雜訊的可能性約為270分之一，但進一步的探測應該能有助於縮小這種幾率。