近日，物理學院田雨教授和博士生陳前與暨南大學、揚州大學和上海交通大學的科學家合作，在國際物理學頂級期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）上發表了題為“Critical phenomena in dynamical scalarization of charged black hole”的學術論文。

　　黑洞貪婪地吞噬著周圍所有東西，甚至連光也逃脫不了。任何掉進黑洞的東西都會徹底湮滅，不會在外部留下任何痕跡。20世紀60年代，“黑洞”一詞的發明者、著名物理學家惠勒（John Wheeler）和黑洞熱力學的巨擘貝肯斯坦（Jacob Bekenstein）提出了“黑洞無毛”猜想，認為三種守恒量——質量、角動量和電荷唯一地確定了黑洞的性質，其他一切信息（猶如“毛發”）都被束縛在黑洞中而無法觀測到。著名物理學家霍金（Stephen Hawking）在70年代給出了黑洞無毛定理的數學證明。

無毛黑洞與帶毛黑洞

　　近年來“黑洞無毛”的觀點遭到了量子力學的有力挑戰。按照量子力學，黑洞應該具有豐富的特征，是有毛的?；艚鸬热擞懻摿撕诙纯赡艿?ldquo;量子毛”或者“軟毛”。特別是在超出愛因斯坦廣義相對論的引力理論中黑洞“長毛”的可能性又開始受到關注。黑洞究竟能否長毛？如果能的話如何長毛？毛長在哪兒？長毛的過程會誘發哪些物理現象？這些都是物理學家們長期探索的國際上最前沿、最基本的科學問題。

　　田雨團隊和合作者的研究不但揭示了一種全新的黑洞“長毛”機制，給出了長毛的動力學過程，而且在該過程中發現了一類奇妙的“動力學臨界現象”。該研究成果是國內研究團隊在國際基礎物理前沿理論研究方面取得的重大進展。

　　該研究考慮了麥克斯韋電磁場和標量場非最小耦合的引力物理模型，發現盡管“無毛”黑洞在標量場的線性擾動下穩定，但在部分參數空間內，非線性不穩定性會導致黑洞視界外的標量場逐步增強最終飽和，形成穩定的“帶毛”黑洞。文章揭示了帶毛過程中的臨界現象。接近臨界擾動時，動力學會出現“吸引子”解，無毛黑洞趨于不穩定的“臨界”帶毛黑洞，持續一段時間后系統會最終演化成無毛黑洞或者帶毛黑洞。這個臨界現象的持續時間、標度規律等都被一一解釋說明。

　　該研究獨創性地利用非線性動力學機制尋找“帶毛”黑洞，首次發現黑洞“長毛”過程中的普適臨界現象。研究提供了孤立存在的黑洞能不斷通過吸積標量場，從無毛黑洞變成帶毛黑洞的物理過程，為引力波探測及事件視界望遠鏡觀測提供了更加豐富的黑洞物理可觀測信號，對黑洞物理深入研究做出了重要貢獻。

　　本研究得到了科技部、國家基金委、中國科學院、廣東省的支持。

論文鏈接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.128.161105