摘要：今年，一项引发广泛关注的研究结果出炉：通过分析22 起黑洞并合事件的引力波信号，国际科研团队再次验证了广义相对论中著名的“无毛定理”（no-hair theorem）。研究显示，如果黑洞真的存在所谓的“量子毛发”，它们的长度一定极短，不超过40 公里，几乎紧贴
今年，一项引发广泛关注的研究结果出炉：通过分析 22 起黑洞并合事件 的引力波信号，国际科研团队再次验证了广义相对论中著名的 “无毛定理”（no-hair theorem）。研究显示，如果黑洞真的存在所谓的“量子毛发”，它们的长度一定极短，不超过 40 公里，几乎紧贴事件视界的边缘。这意味着，在当前探测精度下，黑洞的“外貌”依旧和爱因斯坦百年前的理论预言高度一致。
这项研究由哥本哈根尼尔斯·玻尔研究所的 Vitor Cardoso 领衔，结合 LIGO、Virgo 和 KAGRA 三大引力波探测器的观测数据完成。团队成员将来自全球的引力波数据整合分析，寻找广义相对论预测之外的细微偏差。结果表明，黑洞并合后产生的振动波形几乎完全符合标准理论，尚未出现任何“量子毛发”留下的异常信号。
1915 年，阿尔伯特·爱因斯坦发表了改变物理学格局的 广义相对论。这一理论将引力从牛顿的“远距离作用力”重新诠释为空间与时间的弯曲：质量与能量能够改变时空的结构，而物体的运动就是在这种弯曲的时空几何中沿测地线自由下落。
一年后，德国天文学家 卡尔·施瓦西（Karl Schwarzschild） 解出了爱因斯坦方程的第一个精确解。这一解揭示了一种奇特的时空：当物质被压缩到足够密度时，周围的空间会出现一个无法逃逸的区域——任何粒子，甚至光，一旦进入其中，就再也无法返回。这就是后来被称为 “施瓦西半径” 的数学定义，也是“黑洞”最初的雏形。
但在当时，这种解被视为一种纯数学的奇特产物，而非真实的天体。直到 20 世纪 60 年代，随着对致密天体和类星体的观测逐渐积累，物理学家才开始意识到，这不仅仅是纸面上的方程，而是真实存在于宇宙的极端天体。
1963 年，新西兰数学家 罗伊·克尔（Roy Kerr） 解出了旋转黑洞的精确解，显示黑洞可以用 质量（M） 和 角动量（J） 完全刻画。此后，约翰·惠勒（John Wheeler）等理论物理学家提出了“黑洞无毛定理”这一著名论断：
“黑洞没有毛发（Black holes have no hair）。”
这句话的意思是，除了质量、角动量和电荷这三个物理量，黑洞不会保留任何可供外界观测的额外信息，所有关于坠入黑洞物质的细节都会被彻底“抹平”。换句话说，宇宙中的黑洞是完美的“光头”，任何两个具有相同质量和自旋的黑洞在外部表现上将完全无法区分。
这一理论简洁而优雅，但也显得近乎残酷，因为它暗示了宇宙中所有关于物质历史的复杂信息，都在黑洞的事件视界之外被彻底抹去。这种极端的简化也为后来量子物理学家提出挑战埋下了伏笔。
1974 年，斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）提出了震惊世界的 霍金辐射理论。他通过量子场论计算发现，黑洞并非永恒静止的“吞噬者”，而会因量子效应逐渐释放热辐射，最终完全蒸发消失。
然而，这一理论推导带来了严重的逻辑冲突。霍金辐射是热的、无序的，不携带坠入物质的任何信息。如果黑洞最终完全消失，那么这些信息也会无影无踪地消失。这直接违背了量子力学的根本原则：信息守恒。
这就是著名的 “黑洞信息悖论”。从此，广义相对论与量子力学之间的裂痕被彻底揭开。科学家们开始怀疑：黑洞是否真的如“无毛定理”所描述的那样单调而光滑？还是说，黑洞表面隐藏着某种极为微妙的结构，能够记录、甚至释放信息？
随着研究的深入，大量理论模型涌现，试图在两大物理框架之间搭建桥梁。这些模型的共同点在于：黑洞并非完全无特征，而是在事件视界附近存在某种量子结构，被形象地称为“毛发（hair）”。
代表性理论包括：
防火墙假说（Firewall Hypothesis）2012 年，一组物理学家提出，当信息被黑洞辐射释放时，事件视界附近会出现一层超高能粒子的“防火墙”，摧毁任何试图通过的物质或信号，从而避免信息重复。模糊球理论（Fuzzball Theory）印度裔物理学家 Samir Mathur 提出，黑洞其实是由无数量子态叠加形成的复杂结构，没有光滑的边界。我们看到的事件视界只是这些叠加态的平均效应。引力星（Gravastar）与常规黑洞（Regular Black Holes）模型一些研究提出，黑洞内部或许没有奇点，而是被奇特物质支撑，形成稳定的致密天体，外观与传统黑洞类似，但内部物理完全不同。这些理论尽管细节差异巨大，但都指向一个核心思想：黑洞的“无毛”状态只是近似，在更精细的量子层面，可能存在极短、极微弱但至关重要的“毛发”。
理论探索虽然丰富，但缺乏直接证据。突破口出现在 2015 年。那一年，美国的 激光干涉引力波天文台（LIGO） 首次探测到两颗黑洞并合产生的引力波信号。这一成果不仅证实了广义相对论的关键预言，也为研究黑洞动力学开辟了全新途径。
此后，欧洲的 Virgo 和日本的 KAGRA 陆续加入，引力波探测网络不断完善，观测灵敏度持续提升。从那时起，科学家记录下数百次黑洞并合信号，积累了前所未有的观测数据，为验证黑洞是否真的“无毛”提供了实证基础。
与此同时，数学物理的发展同样至关重要。2023 年，比利时鲁汶大学（KU Leuven）的团队首次建立起适用于高速自旋黑洞的完整数学框架，突破了困扰该领域多年的计算瓶颈。这一进展让理论与观测的结合成为可能。
也正是在这样的背景下，鲁汶大学的博士生 Simon Maenaut 与哥本哈根的 Gregorio Carullo 共同展开合作，将新的数学工具应用于真实的引力波数据，从而完成了 2025 年这项具有里程碑意义的“无毛定理”观测检验。
他们利用 22 起黑洞并合事件的数据，将不同事件标准化处理，并与修正模型逐一对比。结果显示，任何偏离广义相对论的迹象都被严格限制在事件视界 40 公里以内——几乎紧贴黑洞表面。这一发现不仅否定了大尺度量子毛发的存在，也进一步巩固了广义相对论在强引力极端条件下的准确性。
来源：老胡科学一点号
