引力波数据暗示防火墙或其他奇异物理学迹象

LIGO捕捉到的黑洞融合提供了探索新物理的机会。资料来源:尼科尔·福勒

这被誉为对爱因斯坦广义相对论的伟大肯定，但具有讽刺意味的是，今年早些时候引力波的发现可能预示着该理论在黑洞边缘已经瓦解的第一个证据。物理学家分析了LIGO公布的数据，声称发现了这些引力波的“回声”，但它们似乎与广义相对论的预测相矛盾。

然而，随着数据的增加，这些回声可能仍然会消失。如果它们确实存在，这一发现将是非同寻常的。物理学家预测，爱因斯坦极其成功的理论可能在某些极端情况下崩溃，比如在黑洞中心。这些回声甚至可以表明广义相对论将在远离黑洞中心的黑洞边缘瓦解。

如果这些回声消失，广义相对论将受到考验。此前，还不清楚物理学家是否能检测出他们低于标准的预测。" LIGO和许多其他的探索为新颖性检索的物理机制提供了令人兴奋的机会."加州大学圣巴巴拉分校的黑洞研究员史蒂夫·吉丁斯说。

LIGO团队表示，他们意识到了这一预测，正在寻找回声数据。

黑洞的边缘是地平线，这一直被认为是实验无法触及的。根据广义相对论，任何穿过这个障碍物的东西都可以被黑洞捕获，没有任何逃脱的机会。它会被吸引到黑洞的核心，在那里所有的黑洞物质会聚集在一起。"黑洞被认为是无底洞。"加拿大滑铁卢大学的宇宙学家尼亚耶什·阿夫肖尔迪说。

在标准图像中，这将导致地平线上没有任何东西，不幸的是，那些通过它的人不会注意到这个环境的任何突然变化。但在2012年，加州物理学家意识到，如果量子物理学是正确的，那么地平线应该被防火墙取代，防火墙是一个高能粒子环，它会将穿过它的任何东西烧得脆弱，这与广义相对论相矛盾。另一个选择是黑洞不受防火墙的限制，但这意味着量子理论是错误的。

其他与广义相对论相矛盾的新理论也预测了地平线的结构。例如，弦理论的一些版本称黑洞为真正的“模糊球体”:在地平线的位置有一个模糊的表面，由纠缠在一起的能量线组成，并有清晰的边界。然而，阿夫肖尔迪说，似乎没有办法清楚地看到地平线，看看那里是否有任何东西以及它是什么。

然而，今年2月情况发生了变化，LIGO宣布发现了引力波或时空波动的第一个直接证据。这些波纹是两个黑洞合并时产生的。不久，由葡萄牙里斯本高级技术研究所的物理学家维托·卡多佐领导的团队提出，如果广义相对论有任何奇怪的偏差，比如防火墙，当引力波爆发时，两个合并的黑洞会产生一系列的回声。

产生这些回声是因为防火墙或其他类型的结构可以在传统视图中有效地创建模糊区域。这个区域的内部边界是一个传统的地平线，没有光粒子或光子可以从边界的外围逃逸。它的外部边界更容易渗透:穿过这个边界的典型光子会被黑洞捕获，但是一些光子可能会根据它们的接触角逃逸。这种效应也将部分捕获黑洞合并产生的引力波。它们在内外边界之间来回跳动，每次都有一些逃脱。

阿夫肖尔迪说，回声可能是统计结果。如果这些模式背后是随机噪声，那么看到这些回波的概率可能是1/270或2.9西格玛。为了确保它们不是噪音，有必要在未来的黑洞合并中观察这种回声。“好消息是，灵敏度得到提高的新LIGO数据将被添加进来，以便人们可以在未来两年内确认或排除它。”

LIGO团队成员、德国马克斯·普朗克重力物理研究所的物理学家亚历山德拉·博纳诺说，LIGO科学家正在分析回波信号。Afshord使用的简单镜像模型过于简单，无法解释防火墙、模糊球体或其他东西会形成回声。他说需要更复杂的模型来区分这些选项，例如通过预测回声的振幅和它们消失的速度。

(晋南编)

中国科学新闻(2016-12-28第三版国际版)