在斯蒂芬·霍金和他的同事们在网上发表了一篇关于黑洞的论文近一个月之后,物理学家们仍然无法就黑洞的意义达成一致。
一些人支持预印本的观点——它提供了一种解决被称为黑洞信息悖论的难题的有希望的方法,这个难题是霍金在40多年前发现的。“我认为,人们普遍感到兴奋的是,我们有了一种看待事物的新方法,可能会让我们摆脱僵局,”马萨诸塞州剑桥市哈佛大学(Harvard University)物理学家、最新论文的合著者安德鲁·施特罗明格(Andrew Strominger)说。
斯特罗明格于1月18日在霍金的大本营——英国剑桥大学的一次拥挤演讲中公布了这一结果。
另一些人则不确定这种方法能解决悖论,尽管有些人说这项工作阐明了物理学中的各种问题。在20世纪70年代中期,霍金发现黑洞并不是真正的黑色,事实上还会发出一些辐射。根据量子物理学,粒子对必须出现在事件视界外的量子涨落中——黑洞的不归路点。其中一些粒子逃脱了黑洞的引力,但带走了一部分质量,杏2注册导致黑洞慢慢缩小,最终消失。
在1976年发表的一篇论文中,霍金指出,流出的粒子——现在称为霍金辐射——将具有完全随机的特性。结果,一旦黑洞消失了,先前落入黑洞的任何东西所携带的信息都将丢失给宇宙。但这一结果与物理学定律相冲突。物理学定律认为,信息就像能量一样是守恒的,这就产生了悖论。斯特罗明格在演讲中说:“这篇论文比历史上任何一篇论文都要让理论物理学家们度过更多不眠之夜。”
施特罗明格解释说,错误之处在于忽略了真空携带信息的可能性。在他们的论文中,他和霍金,以及他们的第三位合著者,同样在剑桥大学的马尔科姆·佩里,转向了软粒子。这些都是光子的低能量版本,假设的粒子被称为引力子和其他粒子。直到最近,它们主要用于粒子物理学的计算。但是作者指出,
杏耀手机客户端 ,黑洞所在的真空不一定是完全没有粒子的——只有能量——因此软粒子以零能态存在。
他们写道,任何落入黑洞的物体都会在这些粒子上留下印记。斯特罗明格说:“如果你在一个真空中,你对它呼吸,或者对它做任何事情,你就会激发出大量的软引力子。”经过这次扰动之后,黑洞周围的真空发生了变化,信息也被保留了下来。
论文接着提出了一种将信息传递到黑洞的机制——这种机制必须发生,才能解决悖论。作者们通过计算如何将数据编码到黑洞视界的量子描述中来实现这一目标,该量子描述被古怪地称为“黑洞毛发”。
然而,这项工作尚未完成。在宾夕法尼亚州立大学帕克分校研究万有引力的Abhay Ashtekar说,他发现作者将信息传递到黑洞的方式——他们称之为“软毛”——没有说服力。作者们承认,他们还不知道这些信息将如何传递到霍金辐射中,这是进一步的必要步骤。
罗德岛州普罗维登斯市布朗大学的理论物理学家史蒂芬·艾弗里对该方法能否解决这一悖论表示怀疑,杏耀yl注册但他对该方法能扩大软粒子的重要性感到兴奋。他指出,施特罗明格已经发现,软粒子揭示了已知自然力量的微妙对称性,“其中一些我们已经知道,另一些是新的”。
其他一些物理学家对这种方法在解决信息悖论方面的前景更为乐观,其中包括德国法兰克福高等研究所(Frankfurt Institute for Advanced Studies)的萨比娜•霍森菲尔德(Sabine Hossenfelder)。她说,关于软发的研究结果,以及她自己的一些工作,似乎解决了最近有关黑洞的争议,即所谓的防火墙问题。这是一个霍金辐射的形成是否使视界成为一个非常热的地方的问题。这与阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论相矛盾,在广义相对论中,一个观察者从视界中坠落,不会看到环境的突然变化。
“如果真空有不同的状态,”霍森菲尔德说,“那么你就可以把信息传递到辐射中,而不需要在视界上放置任何能量。”因此,没有防火墙。”