LIGO 數據分析最新結果：引力波中的＂回聲＂暗示廣義相對論需修正

LIGO 探測到三個引力波事件：兩次確定和一次疑似。（ LIGO）

在愛因斯坦提出預言的100年後，時空的漣漪——引力波——終於被 LIGO 探測到，而且 LIGO 連續探測到三個這樣的事件（兩個確定，一個疑似）。這是愛因斯坦的廣義相對論的一場大勝仗。

但是，在我們歡呼偉大勝利的同時，一個研究團隊繼續認真分析了所有的數據，並宣稱他們發現了在引力波中的「迴音」的證據，而這個結果暗示著愛因斯坦的理論將在預言黑洞的能力上失效。這個結果剛剛發表在了 ArXiv【文獻1】，其他的物理學家將會對他們的結果進行更加嚴格的審查。

物理學家早就認為廣義相對論在一些極端的情況下會失效，比如黑洞的核心，而這就顯示它會在黑洞邊緣失效。在過去的幾十年中，物理學家一直在檢驗廣義相對論，他們希望找到一個方法能夠讓它和量子力學兼容，但到目前為止，愛因斯坦的理論依然表現的非常出色。

雖然 LIGO 非凡的驗證了廣義相對論的預言，但如果引力波回聲進一步得到確認，那麼 LIGO 也同時告訴我們廣義相對論需要得到修正。

LIGO探測到的黑洞之間的合并，提供了一個尋找新物理的機會。（ Nicolle R. Fuller）

說到現在我還沒告訴你們什麼是「回聲」，它跟廣義相對論又有幾毛錢關係？

這其實跟黑洞信息悖論有關。根據愛因斯坦的廣義相對論，任何東西越過黑洞視界都會消失，我們無法追蹤到它們的任何信息。所謂的視界也就是一旦光越過這個界限就再也無法逃離。而近幾年，物理學家開始質疑這個想法。因為根據量子力學，被黑洞吞噬的物體其實會在黑洞視界留下了信息。

現在問題是，黑洞視界要如何同時滿足廣義相對論和量子力學？這是物理學最大的難題之一，而科學家至今沒有提出一個讓人滿意的答案。

其中一個解釋是在2012年提出的火牆假設，其大意是黑洞視界被一層高能粒子環繞，任何東西穿過都會被烤焦；霍金則有不同的想法，他認為黑洞裹著一層軟「毛」。「毛」是指低能的量子激發，所有被黑洞吸進去的物體都會在軟毛上留下信息。

無論你認為哪個假設更加有說服力，不同理論所要傳達的信息都是一樣的：黑洞的視界並不像廣義相對論認為的很乾凈，而是比我們想像中的更加「毛絨絨」。

但唯一的問題是我們先前無法驗證這些理論，直到 LIGO 今年探測到了引力波，才給我們帶來了全新的希望。現在，一個科研團隊利用 LIGO 的數據，提出了一個方法來測量在黑洞周圍究竟發生了什麼。

根據他們的理論，如果黑洞的邊界真的違反了廣義相對論，並且是毛絨的，那麼在最初的引力波爆發的時候就會釋放出一系列的回聲。

在黑洞合并事件後，引力波會被困住，併產生回聲事件。（ J. Abedi et al.）

他們預測圍繞著黑洞的毛絨會表現的像一面鏡子，當黑洞合并它會困住逃離的引力波，並讓他們彈跳一會兒（上圖），一次只會讓一部分引力波逃離。這意味著當引力波到達 LIGO 的時候會遲那麼一點點。

根據他們的計算，這些回聲會在最初引力波爆發後的0.1、0.2和0.3秒後被 LIGO 探測到，而這和數據顯示的完全一致。物理學家在 LIGO 探測到的三次引力波事件中都看到了這樣的情況。

當然，三個引力波爆發的數據還是太小。因此這些回聲有可能只是一些背景雜訊。

而好消息是 LIGO 經歷了11個月的調整和優化，已經在11月30日再次重啟，以更高的靈敏度開始採集數據。因此再接下來的兩年期間就可以確定或排除該結果。不管結果是否又是一場空歡喜，至少目前它給出了一個新物理出現的可能性。

但即使是回聲被確認了，我們也無從知道黑洞的模糊邊界究竟是什麼類型的，因此要解決黑洞信息悖論似乎還有很長的一段路要走。

但有一件事是肯定的：今年最偉大的物理髮現變得越來越迷人了。

參考文獻：

【1】https://arxiv.org/pdf/1612.00266.pdf