北京時(shí)間 11 月 4 日消息，一項(xiàng)新的物理學(xué)研究再次表明愛因斯坦的廣義相對(duì)論是正確的，即使是對(duì)于“無(wú)毛”的黑洞也是如此。
黑洞是一個(gè)引力極其強(qiáng)大的時(shí)空區(qū)域，在其范圍內(nèi)，包括光線在內(nèi)的任何事物都無(wú)法逃脫被吸引并“吞噬”的命運(yùn)。愛因斯坦的廣義相對(duì)論預(yù)言了黑洞的存在，并指出黑洞在形成并穩(wěn)定之后，無(wú)論“吃”進(jìn)去什么，其特征都只有質(zhì)量、自旋（角動(dòng)量）和電荷，任何其他的特征 —— 被稱為“毛發(fā)”—— 都應(yīng)該被黑洞吞噬而無(wú)法被觀測(cè)到，黑洞也不存在如立方體、椎體或其他有凸起的形態(tài)。后來，天體物理學(xué)家約翰?惠勒將該結(jié)論稱為黑洞的“無(wú)毛定理”（“no-hair”theorem）。
然而，這個(gè)定理一直存在一個(gè)揮之不去的障礙：磁場(chǎng)。為了使無(wú)毛定理成立，吞噬周圍物質(zhì)不應(yīng)該改變黑洞的基本特征。但實(shí)際上，盡管黑洞可以在強(qiáng)磁場(chǎng)中“誕生”，它們也可以通過吞噬某些物質(zhì)來獲得強(qiáng)磁場(chǎng)，而等離子體云可以在黑洞周圍維持這些磁場(chǎng)。
在近期的一項(xiàng)研究中，物理學(xué)家利用超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬了被等離子體包圍的黑洞，以此研究這一問題。他們發(fā)現(xiàn)，即使在黑洞存在磁場(chǎng)的情況下，無(wú)毛定理和愛因斯坦的廣義相對(duì)論仍然成立。
研究人員在一份聲明中說：“無(wú)毛定理的猜想是廣義相對(duì)論的基石。如果一個(gè)黑洞具有一個(gè)長(zhǎng)期存在的磁場(chǎng)，那就違背了無(wú)毛定理。幸運(yùn)的是，等離子體物理學(xué)的解決方案挽救了這一猜想?！?/p>
在模擬中，研究人員發(fā)現(xiàn)黑洞周圍的磁場(chǎng)會(huì)發(fā)生進(jìn)化。模擬結(jié)果顯示，黑洞周圍的磁力線會(huì)迅速斷開并重新連接。這種現(xiàn)象產(chǎn)生了被磁場(chǎng)激發(fā)的等離子體，而這些等離子體產(chǎn)生后要么被噴射到太空中，要么被黑洞吞噬。
理論物理學(xué)家們沒有想到這一點(diǎn)，因?yàn)樗麄兺ǔ０押诙捶旁谡婵罩锌紤]，但現(xiàn)實(shí)中經(jīng)常出現(xiàn)等離子體，而等離子體可以維持并引入磁場(chǎng)。這一過程必須與無(wú)毛定理的猜想相符。
不過，真正“挽救”無(wú)毛定理的是，研究人員發(fā)現(xiàn)這個(gè)過程會(huì)很快地耗盡磁場(chǎng)，直到它完全消失。這種耗竭發(fā)生得非常快，速率可以達(dá)到光速的 10%。里珀達(dá)表示，磁場(chǎng)的快速連接拯救了無(wú)毛定理。這項(xiàng)研究的結(jié)果于今年 7 月 27 日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）雜志上。
在引力和宇宙學(xué)的研究中，廣義相對(duì)論已經(jīng)成為一個(gè)高度成功的理論模型，并且到目前為止，仍然能夠在不另加特例假設(shè)的條件下，得到許多實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。但即便如此，也有證據(jù)表明該理論并不完備，包括對(duì)量子引力的尋求以及時(shí)空奇點(diǎn)的現(xiàn)實(shí)性問題仍有待解決；支持暗物質(zhì)和暗能量存在的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)也意味著有必要建立新的物理學(xué)。
不過，廣義相對(duì)論之中依舊充滿了值得深度探索的可能性：研究者正試圖用數(shù)學(xué)工具來理解奇點(diǎn)的本質(zhì)，以及愛因斯坦場(chǎng)方程的基本屬性；超級(jí)計(jì)算機(jī)等工具可以對(duì)黑洞合并等進(jìn)行更多的數(shù)值模擬；在第一次直接觀測(cè)到引力波之后，后續(xù)的研究與發(fā)展應(yīng)用也在持續(xù)進(jìn)行中，物理學(xué)家希望通過觀測(cè)更強(qiáng)大的引力場(chǎng)來進(jìn)一步檢驗(yàn)廣義相對(duì)論的正確性。毫無(wú)疑問，在愛因斯坦發(fā)表他的理論一百多年后，廣義相對(duì)論仍然是一個(gè)非常活躍的研究領(lǐng)域。
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