黑洞戰爭，霍金也有認輸的時候！

科技 09-18

黑洞的引力是如此之巨大，尺寸又是如此之小，對引力的量子理論躍躍欲試的理論物理學家們，自然而然地將手伸進了這個迷宮。

70年代初，理論物理學家Jacob Bekenstein研究了黑洞的熵及其熱力學性質；霍金則提出黑洞也有輻射，即霍金輻射。

黑洞戰爭，霍金也有認輸的時候！

霍金認為，在黑洞的事件視界邊緣，由於真空漲落，將不斷發生粒子反粒子對的產生和湮滅。因為處於視界邊緣，很大的可能性，這兩個粒子中的一個將掉入黑洞，另一個則表現為像是黑洞的輻射。由於這種被稱之為霍金輻射的現象，黑洞將不斷地緩慢地損失能量。最終的結果會導致所謂的「黑洞蒸發」而消失不見。

既然霍金開了一個頭，將量子論引入了黑洞研究中，人們便蜂擁而至。然而，至今40年過去了，除了遭遇到許多困難，提出了幾個悖論之外，可以說成果甚少。

首先，黑洞由星體塌縮而形成，形成後能將周圍的一切物體全部吸引進去，因而黑洞中包括了大量的信息。而根據「霍金輻射」的形成機制，輻射是由於真空漲落而隨機產生的，所以並不包含黑洞中任何原有的信息。但是，這種沒有任何信息的輻射最後卻導致了黑洞的蒸發消失，那麼，黑洞原來的信息也都全部丟失了。可是量子力學認為信息不會莫名其妙地消失。這就是黑洞的信息悖論。

此外，形成「霍金輻射」產生的一對粒子是互相糾纏的。量子糾纏態是量子理論最基礎的概念之一，已經被各種實驗所證實。處於量子糾纏態的兩個粒子，無論相隔多遠，都會相互糾纏，即使現在一個粒子穿過了黑洞的事件視界，也沒有理由改變它們的糾纏狀態，這點顯然與相對論預言的結果相矛盾。

黑洞戰爭

理論物理學家們一直為解決信息悖論及與黑洞相關的其它問題而努力，提出了各種方案和理論。

黑洞戰爭，霍金也有認輸的時候！

美國斯坦福大學教授倫納德?薩斯坎德（Leonard Susskind，1940年－）是一個幽默風趣的美國理論物理學家，頗有理查德?費曼的風格。據薩斯坎德自己回憶，因為高中時候是一個「壞小子」而大學階段學了工程，後來才立志成為一個理論物理學家。薩斯坎德是弦論的創始人之一，他著有一本《黑洞戰爭》，精彩地描述了物理學界30年來有關黑洞本質特性的一場論戰。論戰中的一方是薩斯坎德和1999年諾貝爾物理獎得主，荷蘭物理學家赫拉德?特霍夫特，另一方則是公眾熟悉的霍金。

霍金提出了霍金輻射以及黑洞蒸發的理論，造成信息悖論。然而，薩斯坎德等意識到，這種觀點不符合量子力學，將使物理學陷入危機。而薩斯坎德等認為，並非理論本身有問題，而是由於霍金對量子論的概念有錯而造成的危機。

黑洞的確是一個令物理學家們著迷而又困惑的研究對象。物理學家霍金似乎已經成了大眾心目中「黑洞」一詞的代表，將他視為研究黑洞的最高權威。然而，你可能沒有聽說過，霍金因為對黑洞問題的理解上3次與物理學界的同行們打賭，但有趣的是，每次都以霍金輸掉賭局而告終。

在當今世界上研究引力理論的眾多物理學家當中，美國理論物理學家基普?索恩（Kip Stephen Thorne，1940- ）（《星際穿越》電影的科學顧問）被認為是權威之一。索恩是加州理工學院教授，和費曼一樣，他也是當年約翰?惠勒在普林斯頓大學的博士學生之一。索恩喜歡以黑洞問題為目標與人打賭，而且每次都贏。除了其中的三次贏了霍金之外，還有最早一次是贏了印度裔美國物理學家、諾貝爾物理獎得主錢德拉塞卡，那次，他們是就黑洞穩定性的問題打賭。

由此可知索恩對黑洞概念功底之深。1997年，索恩與霍金就以上所述的黑洞信息丟失問題打賭。霍金認為黑洞蒸發後信息沒有了，而索恩和普雷斯基爾認為黑洞可以隱藏它內部的信息。三人打賭的賭注是一本百科全書。

黑洞信息悖論實質上也是因為廣義相對論與量子理論的衝突而產生的，霍金站在廣義相對論一邊，薩斯坎德等則站在量子論一邊，索恩和普雷斯基爾其實都算是引力方面專家，不過，他們獨具慧眼，將賭注下到了薩斯坎德一邊。

薩斯坎德和特霍夫特從計算黑洞熵而悟出了一個全息原理，從而解釋了信息悖論。全息原理認為，信息不會丟失，黑洞的邊界儲存了進到黑洞中的包括物質組成和相互作用的所有信息。

另外，薩斯坎德熱衷於互補原理。類似於量子力學中認為光「既是波又是粒子」互補的觀點，薩斯坎德認為黑洞內外的兩個觀測者觀察到的現象也是互補的。換言之，物質落入黑洞的過程，完全可以用邊界上的量子理論來理解和描述。物理學家們使用全息原理直接計算出了多種黑洞的熵，計算表明霍金蒸發並非隨機的，其中包含了進入黑洞的物質的所有信息。全息原理的成功，使得霍金本人也認輸了。

2004年一次廣義相對論和引力國際會議上，霍金宣布，黑洞的演化是符合因果律的，並沒有丟失信息，他承認輸掉了這場賭賽。

黑洞戰爭，霍金也有認輸的時候！