霍金ldquo黑洞软毛rdquo

AstronomyForumofB?otes封面：黑洞艺术图来自：NASA,ESA,D.Coe,G.Bacon(STScI)

斯蒂芬·威廉·霍金和他的同事们在网上发表了有关黑洞的文章已近一个月，但物理学家们依旧无法在其含义上达成一致观点。

一部分物理学家支持预印本的观点，这对于霍金四十年前提出的难题-黑洞信息悖论带来了一个可行的解决方案。哈佛大学的物理学家和霍金最新论文的合著者安德鲁·施特劳明格（AndrewStrominger）表示：“我认为任何可以打破目前僵局的线索都可使我们普天同庆。”

施特劳明格教授于一月十八日在霍金所在的剑桥大学向群众们展示了他们的研究成果。

虽然一些人说这个方案阐明了各种物理难题，但其他物理学家并不认为它可以解决悖论。在上世纪80年代中叶，霍金发现黑洞不黑，它还发散着一些辐射。基于量子力学，由于量子扰动，黑洞视界外会产生粒子对，掉入黑洞内的粒子将义无反顾。一些粒子逃离黑洞的束缚并带走部分质量，这导致黑洞逐渐缩小直到消失。

在年发表的一篇论文中，霍金指出外流的粒子（现在命名为霍金辐射）拥有完全随机的特性。直接的后果是，一旦黑洞消失，之前掉入黑洞内的任何物体所携带的信息也随之消失。这将产生一个悖论，因为这与信息与能量一样都是守恒的相违背。施洛特明格在他的演讲中说到：“这个论文导致了大量的理论物理学家们失眠，这是前所未有的。”

施特劳明格解释这里的失误是忽视了真空区域携带信息的潜在可能。在这篇论文中他和霍金还有第三个合著者马尔科姆佩里（MalcolmPerry，剑桥大学）转向了软粒子。它们是类似于低能的光子，就像假想的引力子和其他粒子一样。直到目前，它们仅用于粒子物理学计算。。但是论文的作者们指出黑洞所在的真空没有粒子，只是能量，因此软粒子处在零能量态上。

他们接着写道如果任何物体掉入黑洞中，都会在这些软粒子上留下痕迹。“如果你处在这样的真空中吹口气或者做任何其他动作，你都会搅动大量的软引力子，”施特劳明格说道。在这个扰乱之后黑洞周围的真空已被改变，这些信息也会被保存下来。

紧接着，这篇论文给出了一个将信息转移到黑洞的机制，它将解决信息悖论作者们利用了将数据编制成事件视界的量子描述的计算（又古怪的称作为“黑洞的毛”）来支撑他们的设想。

微妙的转换

他们的工作依旧不完备。在宾州州立大学研究引力的阿伯海阿什泰卡（AbhayAshtekar）教授说他发觉作者们转换信息到黑洞的“软毛”没有说服力。并且作者也承认他们缺少了一个关键的步骤——他们也不知道如何将信息随后转变为霍金辐射。

布朗大学的理论物理学教授史蒂文·埃弗里（StevenAvery）对这个方案能不能解答悖持怀疑态度，但是他对于其扩大了软粒子的重要性甚为兴奋。他指出施特劳明格找到了软粒子揭示已知自然力之间微妙的对称性，“其中一些是我们早已知道的，还有一些是全新的”。

其他物理学家对于信息悖论解决方案的前景保持乐观，这包括了德国法兰克福高等研究学院的萨宾·霍森菲尔德（SabineHossenfelder）教授。她认为软毛的结果以及她自己的研究仿佛解决了近期一个有关黑洞，被称为火墙问题的争论。这是一个霍金辐射的形成导致事件视界极热的问题；它与爱因斯坦的广义相对论相互矛盾，观察者坠落过事件视界时并不会发现周围环境的突然变化。

“如果真空有多个不同的状态,”霍森菲尔德说，“那么你可以转移信息为辐射而不会将任何能量加入视界。因此火墙也不存在了。”

本文选自：ScientificAmerican

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