根據愛因斯坦的重力理論，黑洞只有三個特徵：質量、角動量和電荷。如果黑洞的這三個特徵都相同，那就不可能區分兩個黑洞的差異。由於科學家幾乎無法取得黑洞的其他資訊，它也不存在立方體、椎體或其他凸起的形態，因此提出了「黑洞無毛定理」。

　　哈佛大學理論物理學家保羅‧切斯勒（Paul Chesler）說：「在傳統的廣義相對論中，黑洞是完全相同的，因此我們看不出有何區別。」然而，科學家們已經開始懷疑「無毛定理」是否完全正確。2012年，當時在劍橋大學、現任職於多倫多大學的數學家史提方諾‧亞瑞塔奇斯（Stefanos Aretakis）提出，某些黑洞的事件視界可能比較不穩定，這種不穩定性使黑洞視界的某些區域比其他區域具有更強的引力，如此便能區分不同的黑洞。

　　但亞瑞塔奇斯的猜想只適用在所謂的極值黑洞上——質量、角動量或電荷達到最大值的黑洞，而切斯勒指出據目前所知：「這些黑洞不可能存在，至少在自然界是如此。」

　　不過假如能找到一個接近但沒有完全達到極值的黑洞呢？這樣的黑洞理論上應該存在，那它能推翻無毛定理嗎？

　　最近發表的一篇研究證明了這種可能性，而且重力波探測器或許能觀測到這種特徵。麻州大學和羅德島大學的物理學家、該論文的共同作者之一高拉夫‧康納（Gaurav Khanna）說：「亞瑞塔奇斯基本上提出了視界可能留下一些資訊，而我們的研究是找出探測黑洞『有毛』的可行辦法。」

　　尤其是黑洞形成時或隨後擾動的殘留物（如落入黑洞的物質），可能會在接近極值黑洞的視界或附近產生不穩定的重力，康納說：「我們估計在一般黑洞觀測到的重力信號會跟極值黑洞不同。」

　　普林斯頓高等研究院的天體物理學家莉亞‧梅德羅斯（Lia Medeiros）說，如果黑洞真的「有毛」，那就會保留一些有關黑洞過去的資訊，或許能解決已故物理學家史蒂芬‧霍金（Stephen Hawking）提出的黑洞資訊悖論。這個悖論是20世紀物理學兩大支柱「廣義相對論」與「量子力學」之間的根本衝突，梅德羅斯說：「如果能證明（資訊悖論）的假設有錯，那就可能破解這個悖論，而其中一個假設就是無毛定理。」

　　後果可能帶來的影響非常廣泛，梅德羅斯說：「如果我們能證明黑洞外的時空與我們所預期的不同，那我認為這會對廣義相對論造成巨大的影響。」梅德羅斯在2020年10月份與其他科學家共同發表了一篇論文，探討觀測到的黑洞幾何形狀是否與預期的一致。

　　這篇新研究最令人注目的地方是它提供了一種方法，結合了黑洞的觀測與基本物理學。探測黑洞的毛得以讓科學家以前所未有的方式探索弦理論與量子力學的觀點，梅德羅斯說：「弦理論和量子力學最大的問題很難驗證這些觀點。所以，如果你能從遙遠的地方取得測試資料，那就太棒了。」

　　然而，現實中還存在著許多阻礙，例如目前還無法確定是否真的存在接近極值的黑洞，目前模擬出最接近的結果距離黑洞極值還有30％。即使真的存在，也不清楚重力波探測器是否夠靈敏能捕捉到視界的不穩定性。最重要的是，黑洞的毛被認為非常短暫，持續時間可能不到一秒。

　　但這項研究從理論的角度來看似乎還算合理，切斯勒說：「我認為科學界沒有人會質疑這點，這不是憑空亂猜的。愛因斯坦的理論如此複雜，以至於我們每年都還會有新的發現。」

　　接下來是從重力波探測器找出有用的訊號，伊利諾伊大學厄巴納—香檳分校的天體物理學家海薇‧薇媞（Helvi Witek）說：「我們現在應該根據這項研究來計算重力波的頻率，並瞭解我們該如何觀測與識別，然後找出具有代表性意義的實質數據。」

　　我們有很多理由這麼做，雖然現實上要證明這項研究正確無誤的機會很渺茫，但如果真的有所發現，那不僅挑戰了愛因斯坦的廣義相對論，還能證明接近極值黑洞的存在，康納說：「我們很想知道自然界是否允許這種怪物存在，它會對我們的領域帶來非常顯著的影響。」

原文出處：Quanta