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霍金最后一篇论文《黑洞与软毛发》被合作者完成

佩里撰文写道,黑洞信息悖论最终涉及到引力理论和量子力学的统一。“我们给这个难题带来了曙光。可惜史蒂芬无法与我们分享激动之情了。”

来源:澎湃新闻
发布时间:8天前 阅读量:230371 评论量:0 收藏量:0
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《黑洞与软毛发》,这将成为最后一篇署有已故英国物理学家史蒂芬·霍金之名的论文。剑桥大学物理学家马尔科姆·佩里(Malcolm Perry)和哈佛大学教授安德鲁·斯特鲁明格(Andrew Strominger)近日完成了这项与霍金合作的研究。

预印本网站ArXiv显示,论文的最后修改时间为10月9日,这距离霍金逝世已过去了一年半。

所谓黑洞的“软毛发”,指的是黑洞视界边缘的零能量光子。它们可能储存了黑洞的熵值。霍金等人研究黑洞的“软毛发”,为的是解决一个悬疑半世纪的悖论:物质掉进黑洞后,信息去哪了呢?

佩里告诉英国《卫报》,霍金纠结黑洞信息悖论起码纠结了40多年。就在霍金逝世前几天,佩里还在哈佛与斯特鲁明格一起工作。那时他不知道霍金已近油尽灯枯,致电前去告知最新进展。事后想来,那可能是霍金生前最后一次学术交流。

“史蒂芬交流很困难,我开着扬声解释最新的进展。他只给了一个大大的微笑。我告诉他我们取得了一定成果。他知道最终结果了。”佩里回忆道。

根据爱因斯坦引力场方程的计算,如果大量物质集中于空间一点,奇点周围会形成时空扭曲的“视界”,一旦进入这个界面,连光子也无法逃逸,故而称为“黑洞”。

960年代,物理学家约翰·惠勒基于爱因斯坦模型提出,黑洞是“无毛”的。具体来说,黑洞只会有三个性质:质量、电荷和自旋。除此之外,所有的黑洞都一模一样,特质被剥夺殆尽。

1975年,霍金提出了此生最重要的理论——黑洞蒸发理论,即通常所说的“霍金辐射”。如果将量子理论也计算进去,霍金发现黑洞并不是完全“黑”:它会向视界外辐射光子和少量带质量粒子,黑洞的质量随之逐渐变小,蒸发速度越来越快,最终消亡。

然而,量子力学的一个基本规则就是信息永不消失。如果一个物体被黑洞吞噬,当黑洞本身最后都消失了,物体包含的信息去了哪里呢?

正如霍金和加州理工学院教授普雷斯吉尔打的一个赌,这就像是把一本百科全书扔进火里焚烧殆尽。要解决黑洞信息悖论,等于是要找到某些烟和灰烬,来还原百科全书上的文字。

霍金和佩里等人在论文中指出,零能量光子记录了黑洞熵,并给出了计算的方法。

“不过,我们不知道黑洞熵是不是包含了进入黑洞的物体的所有信息,所以这只是长征第一步。”佩里说道。“我们觉得这是个好的起步,但还有很多研究要走。”即使“软毛发”记录了99%的信息,只要不到百分百,那就不足以解决黑洞信息悖论。

佩里撰文写道,黑洞信息悖论最终涉及到引力理论和量子力学的统一问题。“我们给这个难题带来了一缕曙光。不幸的是,史蒂芬再也无法与我们分享激动之情了。”

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