黑洞不黑:霍金最新论文称信息可从黑洞内部逃出

北京时间1月13日消息,黑洞的世界对你而言是不是已经足够诡异?但著名物理学家史蒂芬·霍金教授还在继续揭示黑洞更多的奇异属性。霍金教授宣称,黑洞这种被视作“毁灭深渊”的天体外部可能存在一层“柔软的电性毛发”(soft electric hair)。就在去年,这名物理学家就曾表示,黑洞可能并非如很多人想象的那样是“永恒的牢狱”,并指出数据是有可能从黑洞的深渊之中逃逸出来的。

黑洞不黑:霍金最新论文称信息可从黑洞内部逃出的照片

霍金表示,我们原先认为那些被黑洞吞噬的信息存在于黑洞内部,但那可能是不正确的,这些信息可能存在于它的边界上,也就是黑洞的事件边界之中。所有有关被黑洞吞噬物质的信息都会被返回出来,但是以一种混乱和无用的方式呈现,所有具有任何实用意义的信息都被抹去了

而现在,这名已经74岁的物理学大师在一篇他最新发表的文章中进一步扩展这项理论,并在文章中指出这一问题的关键答案就在于一种存在于黑洞事件界限内部且没有能量的粒子,也就是所谓“柔软毛发”。近日,有关这一理论备受期待的,包含了详细计算过程的论文终于出现在预印本论文网站“arXiv”上,引发各界关注。

这篇文章的主旨在于进一步厘清信息如何从黑洞中逃离,并解决著名的“黑洞信息悖论”问题。在去年8月份在斯德哥尔摩面向科学界的一次报告中,霍金教授曾经开玩笑的表示,这个理论似乎意味着黑洞其实并不那么“黑”。对于传统观点所认为的黑洞会吞噬任何落入其中的物质的观点,霍金也表达了不同观点,并在当时表示他自己可能已经找到了一种机制,基于这一机制,信息将有机会从黑洞中逃离出来。

事实上,霍金的理论甚至可能暗示,我们此前认为因落入黑洞而就此消失的信息实际上并未消失,而是被存放到了另一个平行宇宙中。

在他的报告中,霍金教授提出了一种描述被黑洞吞噬物体所包含信息如何发生改变的方法。量子力学原理要求信息是不能被消灭的,然而按照我们目前对黑洞的理解,物体一旦落入黑洞,其包含的信息便将全部消失,而这是不符合量子力学原理的。霍金表示:“在过去40年里,这已经成为理论物理学界的一个重大难题…没有找到令人满意的答案。”他说:“我认为,那些被黑洞吞噬的信息并未包含在黑洞的内部——就像我们原先所认为的那样,而是在它的边界上,也就是黑洞的事件边界之中。”

他解释说:“我对于这个问题的回答是,这些信息都被储藏在事件边界上的一个巨大过渡地带内。所有有关被黑洞吞噬物质的信息都会被返回出来,但是以一种混乱和无用的方式呈现的,所有具有任何实用意义的信息都被抹去了。”

他还将这种情况比喻成一本被烧毁的百科全书,在这种情况下,从技术上说这本百科全书所包含的信息并未丢失,只是已经变得难以识别。但即便如此,这些被返回出来的“无用信息”仍将构成反映其原始粒子样貌的“全息幻象”。于是,从黑洞发出的辐射中应该会携带有部分被存储在黑洞事件边界内部的信息,而最近霍金发表的这篇最新论文则在这一点上对最初的想法进行了进一步扩展。

在这篇文章中,霍金指出,被束缚在黑洞事件界限内部的粒子应当是由光子和引力子组成的,它们是光和引力能量的“量子”。这些能量非常低,甚至可以认为是不具有能量的量子粒子聚集在黑洞边缘附近,它们可以从落入黑洞的粒子中捕获并储存其中含有的信息。

这一机制表明,即便落入黑洞的粒子消失了,但它们所包含的信息并不会随之丢失,而是会被保留下来,在黑洞虚幻边缘的量子“毛发”中徘徊,这种场景有时候会让人联想到人鼻孔中的鼻毛截留进入我们鼻腔内空气中的尘埃颗粒。

根据上文中提到的“全息幻象”理论,这些粒子正是那全息图像中一个一个可以存储信息的像素。在接受《科学美国人》杂志采访时,这篇论文的合著者之一,美国哈佛大学教授安德鲁·斯特罗明格(Andrew Strominger)表示:“我们的工作表明,当一个粒子落入黑洞时,它会向黑洞添加一个虚光子,因此它给黑洞增加了毛发。除此之外,因为所有粒子都携带质量,并且会与引力发生相互作用,因此它们落入黑洞也会向黑洞添加虚引力子。因此这就有点像是一台录音机。这些虚光子和虚引力子记录着有关落入黑洞物质的信息,它们所记录下信息的量要超过我们此前认为这种机制所能达到的限度。”

霍金教授指出,这样的黑洞应当具有足够大的质量,并且如果它是旋转的,那么它甚至有可能拥有通往通往另一个宇宙的通道。不过他说:“但你不能指望再想回到我们的宇宙中。因此尽管我渴望太空飞行,但我是不会想去尝试飞到黑洞里面去看看的!”

不过,即便有这样那样的最新计算和理论,我们对于这样一层全息幻象界面究竟具体如何发挥其作用仍然了解甚少。对此,这篇论文的作者们写道:“对于全息幻象界面的完整描述以及对于信息悖论的最终解决还仍然是一个开放性的问题,而我们在这里提供了一种可供使用的全新且具体的工具。”

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