霍金生前的最後一篇論文發布了：關於黑洞信息悖論

機器之心報道

作者：李澤南、王淑婷、張倩

史蒂芬·霍金參與的最後一篇論文已經被物理學家們發布在預印版論文平台 arXiv 上。在這篇題為《Black Hole Entropy and Soft Hair》的論文中，霍金與其他一些學者共同探討了自己畢生研究的方向：當物體落入黑洞時信息將何去何從。

今年 3 月 14 日，霍金去世，享年 76 歲，但他的聰明才智對科學社區的貢獻卻仍未停止。作為一位備受尊敬的物理學家，霍金的最後一篇論文如今已在網上公開，這篇論文再次討論了神秘的物理世界。

該論文名為《Black Hole Entropy and Soft Hair》，共同作者是霍金的合作夥伴 Sasha Haco、Malcolm Perry 和 Andrew Strominger，試圖解決理論物理學家們稱之為「信息悖論」的問題，它是於霍金三月去世前幾天完成的。這篇論文目前可以從預印版論文平台 arXiv 上免費獲得，其中還包含對霍金深深的敬意：

「失去這位可愛的朋友與夥伴，我們深感悲痛，他對黑洞物理學的貢獻一直激勵著我們，直到生命的盡頭。」

這篇論文是對霍金職業生涯的一種收尾，收集了他關於黑洞量子結構最後的一些研究成果——霍金在過去 40 年裡一直在研究這個主題。

霍金的最後一篇論文探索了物理學界懸而未決的最大問題之一。他首先提出了一個問題：落入黑洞的物質真的會消失嗎？根據物理學定律應該不可能消失。這一悖論令人困惑，因為它將引起量子力學與廣義相對論的對立。

在這篇論文中，霍金及其合著者提出，一種叫做「軟毛髮」（soft hair）的東西可以解決張力問題。「毛髮」指的是視界（黑洞的邊界）上的光子。在視界的「軟毛髮」區域會儲存落入黑洞的物質的有關信息。這意味著這些物質的信息其實並沒有從宇宙中消失，而是看起來像是消失在明顯的視界之外。

「這是研究歷程中的一步，但絕不是完整的答案，」該論文的共同作者 Malcolm Perry 告訴《衛報》。「在此之後，我們面前的未解之謎變少了，但還有一些令人困惑的問題需要解決，我們仍然沒有足夠的技術來驗證斯蒂芬·霍金的偉大思想。」

這一難題的起源可以追溯到愛因斯坦。1915 年，愛因斯坦提出廣義相對論，解釋重力如何從物質的時空彎曲效應中產生，以及行星為何圍繞太陽旋轉。但是愛因斯坦的理論也對黑洞做出了重要預測，尤其重要的一點是黑洞可以完全由三個特徵來定義：質量、電荷和角動量。

將近 60 年後，霍金加入了這項研究。他認為黑洞也有溫度。因為熱的物體將熱量散失到太空中，黑洞的最終命運是從宇宙中蒸發，不復存在。但是這帶來了一個問題。根據量子世界的定律，信息永遠不會消失。那麼，當一個物體墜入黑洞時，它所包含的所有信息——例如一個衛星原子的性質——將何去何從？

「問題是，如果你把東西扔進黑洞里，它看起來好像消失了一樣，」Perry 說道，「如果黑洞消失了，那扔進黑洞里的物體的信息要怎麼恢復？」

在這最後一篇論文中，霍金及其同事展示了有些信息如何被保存下來。把一個物體扔進黑洞，黑洞的溫度會因此而改變。一種叫做熵（用來測量物體內部無序程度的指標）的特性也會如此。溫度越高，熵就越高。

在霍金去世的前幾天，Perry 與 Strominger 一同在哈佛大學撰寫這篇論文。他們對於霍金當時的病情並不了解，並通過可視電話通知這位物理學家有關論文內容的更新。這可能是霍金生前最後一次學術交流。「當時的霍金很難與人溝通，我打開了揚聲器，解釋了研究的進展。當我解釋完之後，他給了我們一個巨大的微笑。我告訴他我們的研究已經有了一些進展，他知道最後的結果。」Perry 表示。

論文：Black Hole Entropy and Soft Hair

論文鏈接：http://politis.com.cy/editor_images/10-2018/meleti_hawking.pdf

參考內容：

https://techcrunch.com/2018/10/12/stephen-hawking-final-paper-black-holes-soft-hair/

https://www.theguardian.com/science/2018/oct/10/stephen-hawkings-final-scientific-paper-released

本文為機器之心報道，轉載請聯繫本公眾號獲得授權。

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