誰(shuí)將解決黑洞的信息悖論？

海生

列諾德·索斯金

單位：斯坦福大學(xué)

年份：2008年

專(zhuān)長(zhǎng)：超弦理論

觀點(diǎn)：在他的《黑洞之戰(zhàn)》一書(shū)中，索斯金說(shuō)，量子力學(xué)表明，即使物體落入黑洞的中心，即那個(gè)奇點(diǎn)，但其信息都以編碼的形式被保存在視界上。霍金與他爭(zhēng)論，說(shuō)信息永遠(yuǎn)丟失了，所以量子力學(xué)必定什么地方出錯(cuò)了。

約瑟夫·波爾金斯基

單位：加利福尼亞大學(xué)

年份：2012年

專(zhuān)長(zhǎng)：在超弦研究中提出D-膜理論

觀點(diǎn)：物體落入黑洞后，信息都會(huì)保存在視界上，不過(guò)只要黑洞通過(guò)霍金輻射損失掉一半的質(zhì)量，視界就不足以保存里面的所有信息。在這之后，就沒(méi)有東西能進(jìn)入黑洞了。因?yàn)橐欢隆胺阑饓Α睂⒆柚刮矬w進(jìn)入黑洞。黑洞里面原有的信息將隨著霍金輻射而丟失。

杰拉德·特·胡夫特

單位：烏德勒支大學(xué)

年份：2015年

專(zhuān)長(zhǎng)：粒子物理，1999年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)

觀點(diǎn)：特·胡夫特支持索斯金的觀點(diǎn)。當(dāng)一個(gè)物體接近黑洞的視界，會(huì)導(dǎo)致黑洞的引力場(chǎng)發(fā)生變化。這又會(huì)以某種方式改變霍金輻射，使之可以編碼關(guān)于該物體的信息。

斯蒂芬·霍金

單位：劍橋大學(xué)

年份：2015年

專(zhuān)長(zhǎng)：黑洞研究，因提出霍金輻射而聞名

觀點(diǎn)：在多年堅(jiān)持認(rèn)為信息會(huì)丟失之后，霍金又改變了調(diào)子。2017年，他說(shuō)，正如三維物體進(jìn)入黑洞，會(huì)在視界上留下其二維的全息圖，整個(gè)宇宙事實(shí)上也是全息的，所有信息都被保存在邊界。所以，落入黑洞物體的信息不會(huì)隨著黑洞蒸發(fā)而丟失。

當(dāng)一個(gè)物體越過(guò)視界，落入黑洞里面，它就再也出不來(lái)了——因此，有關(guān)它身份的信息（是方形還是球形？是貓還是狗？是紅色的還是白色的？）也就永遠(yuǎn)“陷”在黑洞里面了。但黑洞會(huì)以霍金輻射的形式緩慢地蒸發(fā)。所以，當(dāng)黑洞蒸發(fā)殆盡之后，那些當(dāng)初“陷”在黑洞里面的信息命運(yùn)如何呢？量子力學(xué)說(shuō)，信息永遠(yuǎn)不會(huì)丟失，可是霍金輻射看起來(lái)也不可能攜帶這些信息。這就是所謂的黑洞信息悖論。這里有四位不同領(lǐng)域的物理學(xué)家試圖解決這個(gè)難題。

如何觀察一個(gè)黑洞？

像繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)一樣，恒星也繞著銀河系中心的黑洞轉(zhuǎn)。這個(gè)黑洞被稱(chēng)為人馬座A*。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的科學(xué)家觀察它已經(jīng)有20多年了。

人馬座A*最近似乎在撕扯一個(gè)神秘的天體。2011年，天文學(xué)發(fā)現(xiàn)一團(tuán)被稱(chēng)為G2的氣體云正走在與銀河系中心相撞的路上。他們相信，黑洞在把它吞噬之前，會(huì)把它撕成兩半。G2也確實(shí)被拉長(zhǎng)了一點(diǎn)，但它在行走的路上一直保持完整?？茖W(xué)家現(xiàn)在確信，氣體云里面肯定裹著一顆恒星，是恒星的引力讓這團(tuán)氣體云免于被撕裂。

但并非所有的恒星都這般幸運(yùn)。在2015年10月，天文學(xué)家在距離我們2.9億光年的星系PGC 043234中，看到超大質(zhì)量黑洞把一顆恒星撕碎的情景：先是把它攬入吸積盤(pán)中，再把它一口吞噬。

比黑洞更離奇

盡管我們有確鑿的證據(jù)證明黑洞存在，但仍有很多細(xì)節(jié)沒(méi)有搞清楚，因此也就為各種奇奇怪怪的解釋敞開(kāi)了大門(mén)。一種最離奇的猜測(cè)是，存在著蟲(chóng)洞和白洞。

所謂蟲(chóng)洞，就是連接空間兩點(diǎn)的捷徑。打個(gè)比方，從北京到巴黎，如果繞地球表面行走，需要繞半個(gè)地球圓周，但要是穿過(guò)地球在北京和巴黎之間打個(gè)洞，那就近多了。蟲(chóng)洞就像一條時(shí)空隧道，可以讓空間相距以光年計(jì)的兩個(gè)地方距離大大縮短。

有科學(xué)家猜測(cè)，黑洞就是蟲(chóng)洞的一個(gè)洞口。當(dāng)你掉進(jìn)黑洞，你（當(dāng)然，此時(shí)你已經(jīng)被拉成了細(xì)長(zhǎng)的面條狀了）會(huì)進(jìn)入一條時(shí)空隧道，然后從幾光年之外的另一個(gè)洞口出來(lái)。另一個(gè)洞口叫白洞，是黑洞的反面。物質(zhì)在黑洞只進(jìn)不出，但在白洞只出不進(jìn)。蟲(chóng)洞和白洞在數(shù)學(xué)上都是允許的，但至今沒(méi)有證據(jù)表明它們真實(shí)存在。

銀幕中的黑洞

物理學(xué)家基普·索恩曾為電影《星際》的拍攝獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策。在這部電影中出現(xiàn)的黑洞是最接近科學(xué)描述的。只是人掉進(jìn)黑洞后，被越拉越長(zhǎng)這一點(diǎn)沒(méi)體現(xiàn)出來(lái)。

在2013年出品的《雷神：黑暗世界》中，黑暗精靈擁有黑洞炸彈，能夠用以粉碎敵人，把敵人吸到黑洞里面。盡管假如附近有一個(gè)黑洞，這一切都會(huì)發(fā)生，但擁有黑洞炸彈的想法顯然是異想天開(kāi)。

在1997年的電影《黑洞表面》中，一艘宇宙飛船試圖通過(guò)制造黑洞來(lái)巡航宇宙，但不幸陷入“維度混沌”中，導(dǎo)致宇航員自相殘殺。但所謂“黑洞會(huì)導(dǎo)致維度混沌”的說(shuō)法，在科學(xué)上并沒(méi)有證據(jù)。

黑洞簡(jiǎn)史

1784年，英國(guó)自然哲學(xué)家約翰·米歇爾想象一個(gè)天體的質(zhì)量足夠大，以至在它的引力作用下，光也逃出不來(lái)。12年后，法國(guó)數(shù)學(xué)家拉普拉斯也獨(dú)立地產(chǎn)生了這個(gè)想法。

1915年，愛(ài)因斯坦發(fā)表了廣義相對(duì)論。之前的天文學(xué)只研究個(gè)別的、具體的天體和天文現(xiàn)象，而廣義相對(duì)論則把時(shí)空結(jié)構(gòu)納入了宇宙學(xué)的研究范圍。

1916年，德國(guó)天文學(xué)家卡爾·史瓦西得到廣義相對(duì)論方程的第一個(gè)精確解。這個(gè)解暗示了奇點(diǎn)的存在。

1939年，美國(guó)物理學(xué)學(xué)奧本海默，未來(lái)美國(guó)曼哈頓計(jì)劃的領(lǐng)導(dǎo)者，描述了一顆垂死的大質(zhì)量恒星如何坍縮，最后留下一個(gè)黑洞（不過(guò)，那時(shí)他還沒(méi)用“黑洞”這個(gè)詞來(lái)稱(chēng)呼）。

1962年，美國(guó)天文學(xué)家馬丁·施密特發(fā)明“夸克星”一詞來(lái)稱(chēng)呼3C273——在銀河系中心一個(gè)噴吐著能量流的超大質(zhì)量黑洞，不過(guò)當(dāng)時(shí)人們并不知道它是什么。

1967年，美國(guó)物理學(xué)家約翰·惠勒，發(fā)明了“黑洞”一詞，并流傳開(kāi)來(lái)。

1973年，天文學(xué)家達(dá)成共識(shí)，一致認(rèn)為首個(gè)黑洞候選者是天鵝座X-1。

1974年，霍金提出黑洞會(huì)從里面向外輻射能量，這后來(lái)叫霍金輻射。

2002年，德國(guó)天文學(xué)家報(bào)道首個(gè)證據(jù)，認(rèn)為我們銀河系的中心藏有一個(gè)黑洞，叫人馬座A*。