北京時間 11 月 4 日訊息，一項新的物理學研究再次表明愛因斯坦的廣義相對論是正確的，即使是對於“無毛”的黑洞也是如此。

黑洞是一個引力極其強大的時空區域，在其範圍內，包括光線在內的任何事物都無法逃脫被吸引並“吞噬”的命運。愛因斯坦的廣義相對論預言了黑洞的存在，並指出黑洞在形成並穩定之後，無論“吃”進去什麼，其特徵都只有質量、自旋（角動量）和電荷，任何其他的特徵 —— 被稱為“毛髮”—— 都應該被黑洞吞噬而無法被觀測到，黑洞也不存在如立方體、椎體或其他有凸起的形態。後來，天體物理學家約翰・惠勒將該結論稱為黑洞的“無毛定理”（“no-hair”theorem）。

然而，這個定理一直存在一個揮之不去的障礙：磁場。為了使無毛定理成立，吞噬周圍物質不應該改變黑洞的基本特徵。但實際上，儘管黑洞可以在強磁場中“誕生”，它們也可以通過吞噬某些物質來獲得強磁場，而等離子體雲可以在黑洞周圍維持這些磁場。

在近期的一項研究中，物理學家利用超級計算機模擬了被等離子體包圍的黑洞，以此研究這一問題。他們發現，即使在黑洞存在磁場的情況下，無毛定理和愛因斯坦的廣義相對論仍然成立。

研究人員在一份宣告中說：“無毛定理的猜想是廣義相對論的基石。如果一個黑洞具有一個長期存在的磁場，那就違背了無毛定理。幸運的是，等離子體物理學的解決方案挽救了這一猜想。”

在模擬中，研究人員發現黑洞周圍的磁場會發生進化。模擬結果顯示，黑洞周圍的磁力線會迅速斷開並重新連線。這種現象產生了被磁場激發的等離子體，而這些等離子體產生後要麼被噴射到太空中，要麼被黑洞吞噬。

理論物理學家們沒有想到這一點，因為他們通常把黑洞放在真空中考慮，但現實中經常出現等離子體，而等離子體可以維持並引入磁場。這一過程必須與無毛定理的猜想相符。

不過，真正“挽救”無毛定理的是，研究人員發現這個過程會很快地耗盡磁場，直到它完全消失。這種耗竭發生得非常快，速率可以達到光速的 10%。裡珀達表示，磁場的快速連線拯救了無毛定理。這項研究的結果於今年 7 月 27 日發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）雜誌上。

在引力和宇宙學的研究中，廣義相對論已經成為一個高度成功的理論模型，並且到目前為止，仍然能夠在不另加特例假設的條件下，得到許多實驗的證實。但即便如此，也有證據表明該理論並不完備，包括對量子引力的尋求以及時空奇點的現實性問題仍有待解決；支援暗物質和暗能量存在的實驗觀測資料也意味著有必要建立新的物理學。

不過，廣義相對論之中依舊充滿了值得深度探索的可能性：研究者正試圖用數學工具來理解奇點的本質，以及愛因斯坦場方程的基本屬性；超級計算機等工具可以對黑洞合併等進行更多的數值模擬；在第一次直接觀測到引力波之後，後續的研究與發展應用也在持續進行中，物理學家希望通過觀測更強大的引力場來進一步檢驗廣義相對論的正確性。毫無疑問，在愛因斯坦發表他的理論一百多年後，廣義相對論仍然是一個非常活躍的研究領域。