科學家：量子毛髮理論可解決霍金黑洞悖論

科學家拍攝到的黑洞照片。(NASA/Event Horizon Telescope)

【大紀元2022年03月22日訊】（大紀元記者高文森編譯報導）一組科學家宣稱他們終於解決了困擾物理學家幾十年的、關於黑洞的一個悖論。

黑洞可以說是人們所知道的宇宙中最奇特、最極端的天體。科學家認為它們是大質量恆星壽命到終點以後坍塌而形成的。黑洞有著巨大的引力，靠近它的任何物質都會被它吸收，甚至包括光線。

上世紀70年代左右，已故知名物理學家史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）和同事有一項發現，給物理學家留下一個關於黑洞的巨大謎題。他們的發現簡稱為「霍金輻射」（Hawking Radiation）理論，意思是說黑洞會以微弱的光輻射的形式洩漏它的能量。隨著時間的流逝，黑洞的能量最終會漏光，黑洞也就徹底消失了。

這項發現為什麼會成為巨大的謎題呢？因為科學家進行的各種計算顯示，「霍金輻射」的能量無法被用來探知黑洞裡面任何信息。換句話說，當黑洞最終消失的時候，這意味著這個黑洞曾經吞噬過的任何物質和信息就隨之完全消失了。

可是這與量子理論是矛盾的。量子力學理論是當代物理學的重要支柱之一，能夠很好地解釋大量宇宙基礎層面的物理現象。量子力學認為，宇宙中任何信息永遠都不會消失。麻省理工學院（MIT）的研究者對此的闡釋是，一個觀測者只要知道任何一個系統現在的狀況，就有辦法知道這個系統過去和未來的一切信息。

這個矛盾就是著名的黑洞信息悖論。這個矛盾最令科學家懊惱的地方在於，這說明量子力學和相對論有一方存在問題，而這兩個理論是現代物理學最重要的兩個理論支柱。

3月17日發表於《物理評論快報》（Physical Review Letters）的一份研究稱，他們終於解決了這個矛盾——終於能把量子力學和相對論聯繫起來。

這份研究由來自英國、意大利和美國的科學家合作完成。研究者發現，其實通過黑洞外在的特性可以探查出黑洞內部的信息，他們把這稱為「毛髮理論」。這是相對於在此之前知名的黑洞「無毛理論」（no-hair theorem）而言的說法。「無毛理論」認為，從外在的特徵只能探知黑洞的質量、電荷和角動量三個特性。

這份研究完成的計算認為，從外在特徵還是可以推測更多黑洞的信息。他們發現，落入黑洞的物質在黑洞的引力場會留下特定的印記。也就是說，這些印記保留了這些物質的信息。

這項發現的重要意義在於，量子力學和引力學在黑洞這個悖論的問題上沒有矛盾，終於可以聯繫起來。主要研究者之一英國薩塞克斯大學（University of Sussex）的澤維爾·卡爾梅特（Xavier Calmet）告訴衛報（The Guardian）：「我們的研究顯示，兩個理論關於黑洞進行的計算是一致的，能夠解釋信息的儲存，而不需要提出新理論。」

卡爾梅特坦承，這項發現很「重磅」，科學界尚需要一些時間去接受它。

責任編輯：葉紫微