这是斯蒂芬·霍金关于黑洞信息悖论的不可思议的解决方案


史蒂芬·霍金是我们亲历的最伟大的人物之一,他去世了,留下了许多心碎的科学迷。在他去世之前的几个月里,他一直在发表论文,2016年初他在《华尔街日报》发表了的一篇文章——这是人们期待已久的关于黑洞信息悖论的解决方案。

换句话说,他提出了一个可能的解释,解释黑洞如何同时清除信息并保留信息。这篇论文2016年1月初发表于arXiv.org预印本网站上,6个月后,它终于在同行评议的期刊上发表,成为世界各地的头条新闻。
 
要理解它为什么如此重要,以及黑洞信息悖论到底是什么,我们需要回到一切开始的地方。根据爱因斯坦的广义相对论,我们对黑洞的最初理解是,所有能看见的东西,飞跃至黑洞的边界都将永远消失,即使光也无法逃脱黑洞的引力,这就是为什么黑洞被称为黑洞的原因,也是为什么我们不可能真正看到黑洞的原因。
 
但在20世纪70年代,霍金提出,由于量子力学定律,辐射实际上可以从黑洞中逃逸出来。简单地说,他认为当一个黑洞吞噬了反粒子对的一半的粒子时,另一个粒子就会辐射到太空中,从黑洞中吸取一点能量。因此,最终黑洞会消失,而剩下的唯一痕迹就是它们发出的电磁辐射——这就是所谓的“霍金辐射”。
 
问题是,根据霍金的计算,辐射将不会包含关于黑洞吞噬什么的有用信息——被吞噬的信息将会永远消失。
这与我们对现代物理学的理解并不一致,现代物理学认为它总是可以逆转的。至少从理论上来说,如果它们向前或向后运行,宇宙中的进程看起来是一样的。
 
正如丹尼斯·奥弗比在《纽约时报》上所解释的:“宇宙,就像一种超级计算机,应该能够跟踪一辆车是一辆绿色的皮卡,另一辆是红色的保时捷,还是一辆是由物质和其他反物质组成的。”这些东西可能会被摧毁,但它们的“信息”——它们的本质属性——应该永远存在。
 
因此,悖论对天体物理学家来说是一件大事,因为如果量子力学的规则不适用于黑洞,那么它们适用于我们其他人呢?但在2016年,霍金提出了一个解决问题的方法——黑洞实际上可能有一圈“软毛”环绕在它们周围,它们能够存储信息。
 
“软毛”其实并不是真正的毛发,实际上是低能量的量子束,它带着一种被黑洞吞噬的、被黑洞吞噬了很久的标志性图案。
 
为了得出这个结论,霍金指出了他最初设想的两个潜在问题,这就是为什么他说他最初的计算——即黑洞内的信息将永远消失——是错误的。
 
这两个假设是量子引力的真空是独一无二的,黑洞没有量子“头发”。这有点复杂,但你需要知道的是,霍金已经修正了他的计算方法,并且相当肯定黑洞周围有“软毛”。
 
这一假设被同行评议并发表在《物理评论快报》上,研究人员声称,尽管还有很多工作要做,但这是解决信息悖论的一个很有希望的步骤。
 
“值得注意的是,这篇论文并没有解决黑洞信息问题,”加州大学圣巴巴拉分校的物理学家加里·霍洛维茨在一篇附带的评论中写道。
 
首先,分析必须重述于重力,而非仅仅是电磁场。作者目前正在进行这项任务,他们的初步计算表明,纯粹的引力情况将是相似的。“更重要的是,他们引入的“黑洞软毛”可能不足以捕捉到所有关于黑洞的信息。”
 
他表示,目前还不清楚所有被黑洞吞噬的信息是否真的可以转移到柔软的头发上——而不仅仅是所有丢失的东西的能量信号。但他也承认:“根据这项工作所指示的路径,有可能进一步调查。”

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