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关于黑洞信息悖论，霍金曾提出令人难以置信的解决方案

发布者：秀才有理 2023-1-11 20:12

斯蒂芬·霍金是我们一生中最伟大的人物之一，他离开后留下了许多为之心碎的科学迷。直到他去世前几个月，他也一直在发表论文，而他在2016年发布了最受关注的期刊文章之一，这是人们期待已久的解决黑洞信息悖论的方法。

换句话说，他想出了一个解释黑洞是如何同时清除信息并保留信息的潜在解释。

这篇论文最初于2016年1月在预印网站arxiv.org上发表，六个月后终于在一份同行评议的期刊上发表，并登上了世界各地的头条。

要理解为什么这是一件大事，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。

根据爱因斯坦的一般相对论，我们对黑洞的最初理解是，任何跨越事件视界（黑洞的边界）的东西，都将永远消失。即使是光也逃不出它的魔爪，这就是为什么黑洞被称为黑洞(也是为什么我们不可能真正看到黑洞)。

但是在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逸出。简单地说，他认为，当黑洞吞噬一个粒子-反粒子对时，另一个粒子就会辐射到太空，在离开黑洞时从它那里窃取一点能量。

正因为如此，黑洞最终会消失，剩下的唯一痕迹就是它们发射的电磁辐射，也就是被称为“霍金辐射”的电磁辐射。

问题是，根据霍金的最佳计算，这种辐射将不包含黑洞所吞噬的有用信息--被吞噬的信息将永远消失。

而这并不能与我们对现代物理学的理解相一致，现代物理学说，时间总是有可能逆转的。至少在理论上，如果进程向前或向后运行，宇宙中的进程看起来将是一样的。

正如丹尼斯·奥弗拜在“纽约时报”上所解释的：“宇宙就像一台超级计算机，应该能够记录一辆车是不是一辆绿色的皮卡，另一辆是红色的保时捷，还是一辆是由物质和其他反物质构成的。这些东西可能会被摧毁，但它们的‘信息’--它们的基本物理属性--应该永远存在。”

这就是悖论。事实上，这不仅对天体物理学家来说是件大事，因为如果量子力学的规则不适用于黑洞，那我们怎么说它们适用于其他的呢？

但是在2016年，霍金提出了一个解决这个问题的方法--黑洞周围可能有一束“柔软毛发”光晕，它们能够储存信息。

“柔软毛发”实际上不是头发，但实际上是低能量的量子激发，在黑洞蒸发很久之后，它携带着所有被黑洞吞噬的东西的特征图案。

欧拜当时写道：“这种模式，就像你的手机上的像素或者唱片中的波浪槽一样，包含关于已通过事件视界消失的信息。”

为了得出这个结论，霍金发现了他最初假设的两个潜在问题，这就是为什么他说他最初的计算--即黑洞内部的信息将永远丢失--是错误的。

这两个假设是量子引力中的真空是独一无二的，而且黑洞没有量子的“柔软毛发”。这有点复杂，但是你需要知道的是，霍金已经修正了他的计算，并且相当肯定黑洞周围有“柔软毛发”。

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，尽管还有更多的工作要做，但这是解决信息悖论的一个很有希望的步骤。加州大学圣巴巴拉分校的物理学家Gary Horowitz在一篇随附的评论中写道：“需要注意的是，这篇论文并没有解决黑洞信息问题。”“首先，必须对引力进行分析，而不仅仅是分析电磁场。目前正在进行这项任务，他们的初步计算表明，纯引力情况将是相似的。”他补充说。

“更重要的是，它们引入的“柔软毛发”可能不足以捕捉到黑洞中的所有信息。”他的批评是，目前还不清楚黑洞吞噬的所有信息是否真的可以转移到“柔软毛发”上，而不仅仅是失去的一切的能量标志。

但他承认：“按照这项工作所指明的道路，进一步的调查肯定会发现更多的这类毛发，也许最终会导致黑洞信息问题的解决，这是完全有可能的。”

对物理学来说，那肯定是个值得纪念的日子。因为我们离理解已知宇宙中一些最大的谜团--黑洞的怪异性--又近了一步。这对我们其他人意味着什么？正如霍金在2015的一次演讲中所解释的那样：“黑洞不再是人们曾经认为的永恒的监狱。如果你觉得自己被困在黑洞里，不要放弃，有一条出路。”

史蒂芬·霍金我们想你了。

黑洞史蒂芬·霍金物理宇宙

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