——LIGO數據暗示廣義相對論在黑洞邊緣失效

　　今年2月，激光幹涉引力波天文台(LIGO)首次發現了黑洞合並產生引力波的證據，這被視為是對愛因斯坦廣義相對論的一次有力證明。但英國《自然》雜誌網站近日刊文稱，具有反諷意味的是，這一發現似乎也是廣義相對論在黑洞邊緣會失效的首個證據——物理學家們對LIGO公開發表的數據進行認真分析後表示，他們在黑洞邊緣發現了引力波的“回聲”，這似乎違背了廣義相對論。

　　此前物理學家們曾推測，廣義相對論在某些極端情況下(比如黑洞中央)可ke能neng會hui失shi效xiao，而er這zhe些xie回hui聲sheng或huo許xu表biao明ming，相xiang對dui論lun會hui在zai遠yuan離li黑hei洞dong中zhong央yang的de邊bian緣yuan失shi效xiao。隨sui著zhe研yan究jiu的de進jin一yi步bu深shen入ru，將jiang有you更geng多duo數shu據ju出chu現xian
，如ru果guo這zhe些xie回hui聲sheng消xiao失shi，那na麼me，廣guang義yi相xiang對dui論lun又you通tong過guo了le一yi次ci嚴yan苛ke測ce試shi;但如果它們一直存在
，這將是一個重大發現。

　　黑洞事件視界是矛盾集中點

　　黑洞的經典圖像來源於愛因斯坦的廣義相對論：一(yi)個(ge)巨(ju)大(da)的(de)物(wu)體(ti)將(jiang)時(shi)空(kong)扭(niu)曲(qu)，在(zai)擁(yong)有(you)足(zu)夠(gou)質(zhi)量(liang)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，時(shi)空(kong)曲(qu)率(lv)增(zeng)大(da)
，連(lian)光(guang)都(dou)無(wu)法(fa)逃(tao)離(li)
，這(zhe)些(xie)物(wu)體(ti)因(yin)此(ci)得(de)名(ming)黑(hei)洞(dong)。根(gen)據(ju)這(zhe)一(yi)模(mo)型(xing)
，不(bu)幸(xing)進(jin)入(ru)黑(hei)洞(dong)邊(bian)界(jie)——事件視界的萬事萬物將被黑洞完全摧毀。正如最新研究負責人之一、加拿大滑鐵盧大學的宇宙學家尼亞什·阿弗肖迪所說：“黑洞就像一個無底坑。”

　　但在2012年，加州物理學家們意識到
，如果量子物理是正確的，那黑洞的事件視界應該被一個“火牆”取代，這個“火牆”是一個由高能粒子組成的環，會將任何通過的物質烤焦，但這又違背了廣義相對論;如果黑洞沒有“火牆”，則暗示量子理論是錯誤的。所以，廣義相對論和量子理論在此發生了衝突。

　　其他與廣義相對論矛盾的新奇理論也預測，黑洞事件視界存在某些結構，比如，某些版本的弦論聲稱，黑洞是個“毛球”——纏chan繞rao在zai一yi起qi的de能neng量liang線xian，事shi件jian視shi界jie表biao麵mian是shi毛mao茸rong茸rong的de
，而er非fei界jie限xian清qing楚chu的de。阿e弗fu肖xiao迪di表biao示shi，迄qi今jin為wei止zhi
，我wo們men似si乎hu沒mei有you任ren何he辦ban法fa凝ning視shi事shi件jian視shi界jie，發fa現xian那na裏li具ju體ti存cun在zai“何方神聖”。

　　回聲或是解決問題的鑰匙

　　不過，情況在今年2月份發生了變化。LIGO團隊宣布，探測到了首個引力波證據，這一引力波由兩個黑洞合並生成。葡萄牙裏斯本高級技術學院的維托爾·卡多蘇領導的物理學家團隊很快提出，如果黑洞的事件視界存在一個“火牆”(這一點違背了廣義相對論)，那麼這些黑洞的合並除了會爆發出引力波外，可能也會釋放出一係列回聲。

　　回聲之所以會出現，是因為“火牆”或(huo)任(ren)何(he)其(qi)他(ta)結(jie)構(gou)會(hui)在(zai)傳(chuan)統(tong)的(de)黑(hei)洞(dong)事(shi)件(jian)視(shi)界(jie)製(zhi)造(zao)出(chu)一(yi)個(ge)特(te)殊(shu)的(de)區(qu)域(yu)。這(zhe)個(ge)區(qu)域(yu)的(de)內(nei)邊(bian)緣(yuan)是(shi)傳(chuan)統(tong)的(de)事(shi)件(jian)視(shi)界(jie)，進(jin)入(ru)內(nei)邊(bian)緣(yuan)以(yi)內(nei)沒(mei)有(you)光(guang)子(zi)能(neng)逃(tao)脫(tuo)。外(wai)邊(bian)緣(yuan)孔(kong)隙(xi)多(duo)一(yi)點(dian)，穿(chuan)過(guo)這(zhe)個(ge)邊(bian)界(jie)的(de)光(guang)子(zi)有(you)些(xie)會(hui)被(bei)黑(hei)洞(dong)捕(bu)獲(huo)
，但(dan)有(you)些(xie)可(ke)能(neng)會(hui)逃(tao)出(chu)。這(zhe)一(yi)影(ying)響(xiang)也(ye)會(hui)部(bu)分(fen)地(di)捕(bu)獲(huo)由(you)黑(hei)洞(dong)合(he)並(bing)釋(shi)放(fang)的(de)引(yin)力(li)波(bo)，它(ta)們(men)將(jiang)在(zai)內(nei)外(wai)邊(bian)緣(yuan)之(zhi)間(jian)彈(dan)來(lai)彈(dan)去(qu)
，每(mei)次(ci)逃(tao)出(chu)一(yi)些(xie)
，從(cong)而(er)產(chan)生(sheng)回(hui)聲(sheng)。

　　阿弗肖迪團隊構造了一個簡單的模型，用鏡麵代替傳統的黑洞事件視界
，並在其上應用LIGO迄今捕獲到的3ciheidonghebingdeshuxing。jieguobiaoming，ruguoheidongshijianshijiecunzairenhejiegou

，nameheidonghebingdeyinliboxinhaoyehuibansuizhezhouqixingbingzhubushuaijiandehuisheng，zhongfudehuishengzhijianjingquedeshijianjiangeyuewei0.1秒、0.2秒、0.3秒。有趣的是，當他們研究LIGO數據時發現，所有三次合並釋放出的引力波之後都伴隨有連續的回聲，時間間隔正是預測的間隔。

　　更多數據將證實或證偽

　　阿弗肖迪說，如果把所有黑洞合並事件都考慮進去，置信度為99.6%(2.9西格瑪)，但這並沒有達到宣稱一個發現所需要的5西格瑪，為了確保這些回聲並非噪音，科學家們必須在未來發現的黑洞合並中找到這樣的回聲。

　　據麻省理工學院(MIT)官網近日消息，在過去一年中，科學家改進、強化了LIGO係統的激光器
、電子設備以及光學設備等性能，使LIGO的靈敏度提高了10%到25%。科學家希望

，升級後的LIGO能探測到宇宙深處發出的更多、更頻繁的引力波信號及引發引力波信號的宇宙極端現象。阿弗肖迪說：“升級後的LIGO提供的更精確數據將有助於我們在未來兩年內證實或證偽這一發現。”

　　LIGO團隊成員、德國馬克斯普朗克引力物理學研究所的物理學家亞曆桑德拉·波南諾說，LIGO科學家正在對回聲信號進行分析。而且他認為，阿弗肖迪使用的鏡麵模型太過粗糙，因此很難確定究竟是“火牆”“毛球”還是其他什麼結構製造出了這種回聲。他說，更複雜的模型或許可以通過預測回聲的振幅及消亡速度，來確定製造回聲的“幕後推手”。

　　盡管該團隊的論文提供了背離廣義相對論的線索
，但加州大學聖巴巴拉分校的黑洞研究員斯蒂芬·基丁斯說，迄今為止，這些僅僅隻是線索。“未來，LIGO和其他探測器提供的數據，或能讓我們對這一新的物理學領域進行研究。”