霍金“黑洞悖论”世纪谜题将解开？科学家发现“量子毛发”

本文转自：澎湃新闻

近日，科学家表示可能已经破解了霍金所提出的著名“黑洞悖论”，这一谜题困扰了科学家将近半个世纪。

据了解，霍金对宇宙起源学的重要贡献之一是1975年发表的黑洞辐射理论。黑洞是宇宙中质量极大、引力极强的区域。霍金以数学计算的方法证明黑洞会产生辐射，这些辐射因此得名“霍金辐射”。

但霍金曾认为黑洞辐射不包含黑洞内部物质的相关信息，并且所有黑洞最终都会消亡。一旦黑洞消失，黑洞内部物质信息将不知所踪。这些信息的去向之谜就构成了所谓的“黑洞悖论”。这与量子物理学的理论背道而驰，因为黑洞里的信息不可能就这样完全消失。

目前，英国萨塞克斯大学科学家通过两项研究发现，他们可能已经通过证明黑洞具有“量子毛发”(quantum hair)特性解决了“黑洞悖论”问题。如果正确的话，这将标志着理论物理学的重大进步。

第一项研究发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)。此项研究中，萨塞克斯大学研究人员证明了黑洞比科学家最初想象的要复杂得多，黑洞的引力场包含了黑洞如何形成的信息。他们表示物质坍缩成黑洞时，会在引力场中留下印记，这个印记被称为“量子毛发”。

图片来自《物理评论快报》(Physical Review Letters)

在发表于《物理快报B》(Physics Letters B)的后续论文中，萨塞克斯大学数学和物理科学学院教授Xavier Calmet和密歇根州立大学教授Stephen Hsu表示，“量子毛发”可以解决霍金“黑洞悖论”。

此次，研究人员表示新发现的“量子毛发”在黑洞坍塌时，可以提供信息保存的机制，以此解决“黑洞悖论”问题。根据这一理论，两个质量和半径相同，但内部成分不同的黑洞，其引力场会有非常细微的差异。

“此前，科学界普遍认为，解决黑洞悖论需要物理学范式上的巨大转变，重新制定量子力学或广义相对论。”Xavier Calmet教授说道，“但我们的研究表明，‘量子毛发’理论可以用来对黑洞进行计算，并解释信息是如何存储的，并不需要所谓的新物理学。”

“量子毛发”理论目前无法通过天文观测进行验证，因为其引力波动幅度太小，难以测量。

伦敦帝国理工学院理论物理学家Toby Wiseman对此表示，前述研究是“一项很好的工作”，但他仍不相信这能够解决“黑洞悖论”问题。他认为，“量子毛发”理论或许可以帮助人类获得一些关于黑洞内部的其它信息，但无法解释黑洞里丢失的全部信息。