五大天文悖論之首：黑洞悖論

把源源不斷的質量壓縮到一個很小的體積之中，隨著它密度的上升，在其表面附近的引力也隨著增加。把它擠到足夠小的體積之中，其表面的引力將變得非常強大，使包括光在內的任何事物都無法逃脫它的束縛。把任何東西壓縮到足夠小的體積中，它都將成為一個黑洞。黑洞的一個定義特徵是它的事件視界，這是不歸的界限。但是事件視界也標誌著我們對物理學基本認識的崩潰，這也許是現代天體物理學的最大悖論了。

黑洞的事件視界通常被定義為逃逸速度變成大於光速的位置，但事實上卻更微妙。物質可扭曲周圍的空間，而對於黑洞而言，其空間被彎曲成閉合。事件視界並不是標誌著一個逃逸速度，而是標誌著從宇宙孤立出來的一片區域，直到時間的盡頭。落入黑洞的任何東西將無法逃脫。

然而，一趟被湮沒的單程旅途的存在要面對物理學的最基本原則之一：現象是可以預測的。如果你朝一個特定的方向以一個特定的速度來扔出一個棒球，你可以知道它將落在哪裡。只要確定球的初始速度和方向，然後使用物理定律就能來預測它的運動。球沒有任何選擇的餘地。一旦球離開你的手，它就會落在一個特定的位置，其運動是由宇宙的物理規律所決定的。我們也可以反向推導。知道球的速度和方向，我們就可以知道它之前的位置。如果這是真的，那麼了解宇宙的現在就能讓我們確定宇宙的過去和未來。

電影《星際穿越》中的黑洞形象

然而，事件視界打破了這種規則。一旦東西越過事件視界，所有你能知道有關這個物體的就只有它的質量、電荷和自旋。這到底是一輛汽車還是一艘宇宙飛船就不得而知了，以哪條路徑進入黑洞也是未知數。所有我們應該能知道的這些物體的信息似乎就這樣消失了。這就是所謂的信息悖論。

看到這裡，有些人可能會指出，量子力學並不像一個棒球那樣具有確定性，所以也許信息並不是守恆的。但事實證明，量子理論確實會使信息守恆，它是使特定結果的概率守恆。知道物體的狀態，我們仍然可以預測接下來可能要會怎樣，以及它可能在過去是怎樣的。但量子理論可能提供了一種方法來避免信息悖論。畢竟，斯蒂芬·霍金指出量子理論允許物質通過霍金輻射（在黑洞表面附近產生的虛粒子對中，偶爾，有負能粒子被黑洞吸入，那對應的正能粒子則被輻射出來）逃脫黑洞。如果物質能從黑洞中輻射出，也許還允許信息逃離黑洞。

霍金輻射示意圖

不幸的是，量子理論並不是一種容易的解決方法。霍金輻射是完全隨機的（因為虛粒子對是隨機產生的），因此，儘管物質和能量都能逃脫黑洞，但信息不能。因為如果霍金輻射帶走了量子信息，就會產生一個問題。虛粒子對中落入事件視界內側的反粒子能量會變得非常高，足以把信息傳遞給黑洞外部的同伴粒子，由此它們便形成了一道火牆，熾熱得足以燒毀任何落入黑洞的任何東西，這嚴重違背了廣義相對論所告訴我們的黑洞特性。因此，試圖解決信息悖論又會產生另一個問題，它被稱為防火牆悖論。

那麼，我們如何解決這個問題？簡短的答案是我們不知道。很多非常聰明的人試圖來解決這一問題，雖然有一些有趣的想法，但目前還未有明確的解決方法。要真正解決這個問題，需要把量子理論與引力結合在一起的量子引力理論，但目前這還只是探討階段。有一些認為解決這一悖論最簡單的方法是承認黑洞不存在，但現在我們已經探測到引力波，我們知道黑洞絕對存在。

目前沒有簡單的方法來解決這些悖論，在此之前，事件視界仍將是這些重大未知的一個明確標記。

以上就是第五大天文悖論，也是五大天文悖論之首。那麼，對五大天文悖論的介紹也就告一段落了。

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