作者:Stephen W. Hawking 来源:PRL 发布时间:2016/6/15 10:21:18
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霍金修正黑洞理论:黑洞蒸发后信息可逃逸
 
当黑洞因为质量丧失而蒸发消失后,掉入黑洞中的信息会去哪里?这一直是物理学界争论不休的问题。40多年前,斯蒂芬·霍金首次提出,信息会随着黑洞蒸发而丢失,这一理论被称为黑洞的信息悖论。由于该结论与标准量子物理学定律不符,一直存在争议。
 
近日,一项由霍金以及其剑桥大学同事马尔科姆·佩里(Malcolm Perry)、哈佛大学教授安德鲁·斯特罗明格(Andrew Strominger)共同发布的研究指出,“黑洞信息悖论”存在错误,黑洞可能拥有“柔软毛发”,当黑洞蒸发时携带信息逃逸出来。论文发表在最新一期的《物理评论快报》( Physical Review Letters)上,虽然研究结果没有完全解决“黑洞信息悖论”的问题,但指明了一种可能的研究方向。
 
 
 
根据爱因斯坦的广义相对论,静止的黑洞由三项可观测的参数决定:质量、电荷和角动量。只要一个物体变成了一颗黑洞或者掉进了黑洞,除这三个物理量外的一切信息都会消失在黑洞的视界之中。物理学家约翰·惠勒(John Wheeler)用“黑洞没有毛发”来形容这一理论。
 
1975年,霍金研究了一个黑洞附近量子物质的行为,结果表明黑洞并不是真正的黑色,黑洞辐射粒子,就像一个热的物体发出热量一样,被称为“霍金辐射”。如果没有物体持续掉入黑洞,通过这种“霍金辐射”的能量损失将导致黑洞质量减少并最终蒸发消失。这也引发了一个问题,存储在黑洞中的信息去哪里了呢?由于“霍金辐射”来自黑洞表面,霍金认为信息也将丢失。
 
 
 
但是到了1990年代末,随着物理学的发展,特别是弦理论的发展,很多研究人员认为,掉入黑洞中的信息会在黑洞消失时逃逸出来,但是他们并不清楚信息如何逃逸。那么霍金最开始认为信息丢失的理论有什么错误的地方?这项霍金等人的最新研究提供了可能的答案。
 
研究指出,让霍金得出“黑洞信息悖论”的两个基本假设有问题。第一个是量子引力中的真空是独一无二的,第二个是黑洞没有“毛发”。相反,他们认为黑洞所在的真空环境实际上不可能是完全真空的,而且黑洞中有“柔软毛发”——与低能量量子有关的“量子毛发”。
 
这些低能量,甚至零能量的软粒子堆积在黑洞边缘,它能够捕获和储存从落入黑洞的粒子里获得的信息。这意味着虽然落入黑洞的粒子可能消失,但它们的信息将继续留存在视界边缘的这些“量子毛发”上。
 
 
斯特罗明格在2014年研究另一个问题时受到了启发。他发现无穷多守恒律能管理引力子的散射。随后,在与学生进行的一项研究中,他发现这一结果也适用于电磁场。目前,他与霍金和佩里合作,将这一远见用到了黑洞中。在用方程式计算完毕后,斯特罗明格和霍金等人发现,在加入软粒子后,黑洞真空在能量不变的情况下,角动量会发生变化。
 
但是斯特罗明格也指出,他们的最新论文并没有解决“黑洞信息悖论”。首先,必须针对引力场重新进行分析,而不仅仅是电磁场。他们正在努力尝试。初步计算表明,纯粹的引力情况下也能得到相似的结果。更重要的是,他们提出的柔软毛发或许并不足以捕获所有掉进黑洞的信息,也就无法解释当黑洞消失时,所有信息是如何恢复的,因为并不清楚是否所有的信息都可以被传输到柔软毛发上。然而,可以肯定的是,通过这项研究的路径,进一步的研究将揭开更多毛发类型,可能最终将解决“黑洞信息悖论”。(来源:澎湃新闻)
 

 

 
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