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霍金这次真错了,观测发现,黑洞的确没有头


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“黑洞信息悖论”

50年前提出“黑洞”术语的天文学家约翰·惠勒(JohnWheeler)的著名论调便是“黑洞没有头发”,因为黑洞极其简单,可以用三个特征完全定义:质量,角动量和所带电荷。如今,“头发”变成物理学家们的通俗用语,用于指传统三特性模型以外用于描述黑洞的额外特征。科学界不少人都认为黑洞是有头发的,其中最著名的就是霍金,他认为黑洞有头发能解释“黑洞信息悖论”---根据量子力学,信息和能量一样是守恒的,信息不会消失,那进入黑洞的物质所包含的信息去哪了呢?

霍金:黑洞有头发

按照霍金的理论,黑洞周围应该充满大量处于零能量状态的软粒子,任何落入黑洞的物质都会在这些粒子中间留下印记,这些印记改变了黑洞周围的这些软粒子,进入黑洞的物质中所包含的信息也在这样的改变中被保留下来,形成了黑洞的头发。这样一来,就解释了”黑洞信息悖论”。

但这一切都只是霍金的推测而已,所谓软粒子也不过是他假设存在的一种物质。实际上,过去关于黑洞有没有头发的科学观点与争论,都是建立于推测和计算,并没有实际观测结果来证明任何一方的观点,这个情况直到最近终于改变,黑洞有没有头发这件事也就有了定论。

如何通过观测确定黑洞有没有头发?

加州帕萨迪纳加州理工学院(Caltech/IPAC)的科学家塞波莱恩(SeppoLaine)与其团队通过观测两个黑洞的华丽“舞蹈”,最终以实际观测结果证明了---黑洞并没有头发。原理上来说其实非常简单:如果黑洞没有头发的理论是正确的,那么被黑洞吞噬的一切东西都将消失,包括信息,那么黑洞外部应该仅在基本3特征(质量,角动量和所带电荷)上有所不同,而黑洞视界则应该完全对称,没有任何局部质量差异,可以说是圆形且光滑,就像一个无毛的秃头。反之,则应该观测到视界的差异性。

两个巨人的华丽“舞蹈”

离我们约40亿光年的地方,有一个非常不寻常的星系OJ,它的中心是一个巨大的黑洞,约有超过亿个太阳质量,而另一个小黑洞则围绕该黑洞转圈(运行轨迹如上方动图),这个黑洞只有约个太阳质量。

较小黑洞大约每隔约12年就会与较大黑洞的发光气体包围层碰撞,而每次碰撞都会产生巨大的辐射爆发,这在短时间内会使整个OJ比银河系都更明亮。但是,每次碰撞并不总是准时,因为两个黑洞之间的相互作用会改变较小黑洞的轨道,导致碰撞时间发生改变。

根据“黑洞没有头发”为先决条件,SeppoLaine与其团队计算出了在年7月31日上午,小黑洞将再次撞击大黑洞的气体包围层,为了不错过这次观测机会,他们使用了美国NASA的Spitzer太空望远镜(SpitzerSpaceTelescope),因为它距离地球超过2.5亿公里,所以它能够直视OJ星系并捕获关键事件。

确认无毛定理

最终,他们成功观测到了这次撞击,Spitzer望远镜几乎完全在预计的时间捕获了OJ的辐射爆发。

这不仅证实了黑洞相互作用的模型,而且也证实了无毛定理的有效性。SeppoLaine和他的同事说:“Spitzer望远镜的观察结果为我们提供了著名的黑洞无毛理论的参数限定。”

较小的黑洞准时到达预测的碰撞点,这就可以确认较大那个黑洞视界范围不能有重大的质量不平等或其它毛发:“这很重要,否则我们就不能确定斯蒂芬·霍金和其他人所描述的黑洞头发是否确实存在,观测结果证明,它们并不存在。”

(图文来源于网络,如有侵权请联系删除)

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