成也LIGO，败也LIGO？

今年，天文学家创造了历史性的一刻。在100年后，爱因斯坦预言的时空的涟漪——引力波——终于被LIGO探测到，而且LIGO连续探测到三个这样的事件（两个确定，一个疑似）。这是爱因斯坦的广义相对论的一场大胜仗。

LIGO探测到三个引力波事件：两次确定和一次疑似。（© LIGO）

但是，在我们欢呼伟大胜利的同时，一个研究团队继续认真分析了所有的数据，并宣称他们发现了在引力波中的“回音”的证据，而这个结果暗示着爱因斯坦的理论将在预言黑洞的能力上失效。这个结果刚刚发表在了ArXiv【文献1】，其他的物理学家将会对他们的结果进行更加严格的审查。

物理学家早就认为广义相对论在一些极端的情况下会失效，比如黑洞的核心，而这就显示它会在黑洞边缘失效。在过去的几十年中，物理学家一直在检验广义相对论，他们希望找到一个方法能够让它和量子力学兼容，但到目前为止，爱因斯坦的理论依然表现的非常出色。

虽然LIGO非凡的验证了广义相对论的预言，但如果引力波回声进一步得到确认，那么LIGO也同时告诉我们广义相对论需要得到修正。

LIGO探测到的黑洞之间的合并，提供了一个寻找新物理的机会。（© Nicolle R. Fuller）

说到现在我还没告诉你们什么是“回声”，它跟广义相对论又有几毛钱关系？

这其实跟黑洞信息悖论有关。（我们在之前已经详细解析过该悖论，可查看《落入黑洞的信息去哪里了？》。）

根据爱因斯坦的广义相对论，任何东西越过黑洞视界都会消失，我们无法追踪到它们的任何信息。所谓的视界也就是一旦光越过这个界限就再也无法逃离。

而近几年，物理学家开始质疑这个想法。因为根据量子力学，被黑洞吞噬的物体其实会在黑洞视界留下了信息。

现在问题是，黑洞视界要如何同时满足广义相对论和量子力学？这是物理学最大的难题之一，而科学家至今没有提出一个让人满意的答案。

其中一个解释是在2012年提出的火墙假设，其大意是黑洞视界被一层高能粒子环绕，任何东西穿过都会被烤焦。

霍金则有不同的想法，他认为黑洞裹着一层软“毛”。“毛”是指低能的量子激发，所有被黑洞吸进去的物体都会在软毛上留下信息。

无论你认为哪个假设更加有说服力，不同理论所要传达的信息都是一样的：黑洞的视界并不像广义相对论认为的很干净，而是比我们想象中的更加“毛绒绒”。

但唯一的问题是我们先前无法验证这些理论，直到LIGO今年探测到了引力波，才给我们带来了全新的希望。

现在，一个科研团队利用LIGO的数据，提出了一个方法来测量在黑洞周围究竟发生了什么。

根据他们的理论，如果黑洞的边界真的违反了广义相对论，并且是毛绒的，那么在最初的引力波爆发的时候就会释放出一系列的回声。

在黑洞合并事件后，引力波会被困住，并产生回声事件。（© J. Abedi et al.）

他们预测围绕着黑洞的毛绒会表现的像一面镜子，当黑洞合并它会困住逃离的引力波，并让他们弹跳一会儿（上图），一次只会让一部分引力波逃离。这意味着当引力波到达LIGO的时候会迟那么一点点。

根据他们的计算，这些回声会在最初引力波爆发后的0.1、0.2和0.3秒后被LIGO探测到，而这和数据显示的完全一致。物理学家在LIGO探测到的三次引力波事件中都看到了这样的情况。

当然，三个引力波爆发的数据还是太小。因此很有可能这些回声只是一些背景噪声。

而好消息是LIGO经历了11个月的调整和优化，已经在11月30日再次重启，以更高的灵敏度开始采集数据。因此再接下来的两年期间就可以确定或排除该结果。不管结果是否又是一场空欢喜，至少目前它给出了一个新物理出现的可能性。

但即使是回声被确认了，我们也无从知道黑洞的模糊边界究竟是什么类型的，因此要解决黑洞信息悖论似乎还有很长的一段路要走。

但有一件事是肯定的：今年最伟大的物理发现变得越来越迷人了。

参考文献：

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

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