霍金修正黑洞理論：黑洞蒸發後信息可逃逸

人工智慧學家

作者：邢春燕

當黑洞因為質量喪失而蒸發消失後，掉入黑洞中的信息會去哪裡？這一直是物理學界爭論不休的問題。40多年前，斯蒂芬·霍金首次提出，信息會隨著黑洞蒸發而丟失，這一理論被稱為黑洞的信息悖論。由於該結論與標準量子物理學定律不符，一直存在爭議。

近日，一項由霍金以及其劍橋大學同事馬爾科姆·佩里（Malcolm Perry）、哈佛大學教授安德魯·斯特羅明格（Andrew Strominger）共同發布的研究指出，「黑洞信息悖論」存在錯誤，黑洞可能擁有「柔軟毛髮」，當黑洞蒸發時攜帶信息逃逸出來。論文發表在最新一期的《物理評論快報》（ Physical Review Letters）上，雖然研究結果沒有完全解決「黑洞信息悖論」的問題，但指明了一種可能的研究方向。

根據愛因斯坦的廣義相對論，靜止的黑洞由三項可觀測的參數決定：質量、電荷和角動量。只要一個物體變成了一顆黑洞或者掉進了黑洞，除這三個物理量外的一切信息都會消失在黑洞的視界之中。物理學家約翰·惠勒（John Wheeler）用「黑洞沒有毛髮」來形容這一理論。

1975年，霍金研究了一個黑洞附近量子物質的行為，結果表明黑洞並不是真正的黑色，黑洞輻射粒子，就像一個熱的物體發出熱量一樣，被稱為「霍金輻射」。如果沒有物體持續掉入黑洞，通過這種「霍金輻射」的能量損失將導致黑洞質量減少並最終蒸發消失。這也引發了一個問題，存儲在黑洞中的信息去哪裡了呢？由於「霍金輻射」來自黑洞表面，霍金認為信息也將丟失。

但是到了1990年代末，隨著物理學的發展，特別是弦理論的發展，很多研究人員認為，掉入黑洞中的信息會在黑洞消失時逃逸出來，但是他們並不清楚信息如何逃逸。那麼霍金最開始認為信息丟失的理論有什麼錯誤的地方？這項霍金等人的最新研究提供了可能的答案。

研究指出，讓霍金得出「黑洞信息悖論」的兩個基本假設有問題。第一個是量子引力中的真空是獨一無二的，第二個是黑洞沒有「毛髮」。相反，他們認為黑洞所在的真空環境實際上不可能是完全真空的，而且黑洞中有「柔軟毛髮」——與低能量量子有關的「量子毛髮」。

這些低能量，甚至零能量的軟粒子堆積在黑洞邊緣，它能夠捕獲和儲存從落入黑洞的粒子里獲得的信息。這意味著雖然落入黑洞的粒子可能消失，但它們的信息將繼續留存在視界邊緣的這些「量子毛髮」上。

斯特羅明格在2014年研究另一個問題時受到了啟發。他發現無窮多守恆律能管理引力子的散射。隨後，在與學生進行的一項研究中，他發現這一結果也適用於電磁場。目前，他與霍金和佩里合作，將這一遠見用到了黑洞中。在用方程式計算完畢後，斯特羅明格和霍金等人發現，在加入軟粒子後，黑洞真空在能量不變的情況下，角動量會發生變化。

但是斯特羅明格也指出，他們的最新論文並沒有解決「黑洞信息悖論」。首先，必須針對引力場重新進行分析，而不僅僅是電磁場。他們正在努力嘗試。初步計算表明，純粹的引力情況下也能得到相似的結果。更重要的是，他們提出的柔軟毛髮或許並不足以捕獲所有掉進黑洞的信息，也就無法解釋當黑洞消失時，所有信息是如何恢復的，因為並不清楚是否所有的信息都可以被傳輸到柔軟毛髮上。然而，可以肯定的是，通過這項研究的路徑，進一步的研究將揭開更多毛髮類型，可能最終將解決「黑洞信息悖論」。（原標題：霍金修正黑洞理論：黑洞蒸發後信息可以逃逸出來）

來源：澎湃新聞

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