科学家称已破解“霍金黑洞悖论”

据英国《新科学家》周刊网站3月31日报道，黑洞有一个信息问题。根据量子力学定律，关于封闭系统状态的信息是不能被破坏的，但黑洞似乎将其湮没。研究人员几十年来一直在努力解决这个被称为黑洞信息悖论的问题，现在一个团队声称终于搞清楚了。

黑洞信息悖论诞生于20世纪70年代。当时斯蒂芬·霍金预测，黑洞应该会因为释放随机粒子而慢慢消失，这一过程现在被称为霍金辐射。这表明，随着黑洞最终萎缩到消失不见，任何落入黑洞的含有信息的物质都将被摧毁。这里的问题在于，按照量子力学定律，如果你知道任何一个封闭系统的状态，那么一段时间之后你就应该能够测算出它未来或过去的状态——但如果霍金辐射确实是随机的，那就不可能做到这一点。

英国萨塞克斯大学的哈维尔·卡尔梅特及其同事声称，他们利用一个名为量子场理论的框架解决了这个问题。卡尔梅特说：“我们重新进行了霍金在上世纪70年代所做的计算，但我们考虑到了量子引力。黑洞信息悖论现在已经解决，我们理解了它的物理原理。”

在此前的工作中，这些研究人员发现，当他们对恒星演化为黑洞的计算进行量子力学修正时，黑洞的引力场将保存坠入黑洞的物质信息。现在，他们声称已经弄清楚了黑洞消失时这些信息的情况。

由于信息在泄露过程中的分布方式，这个问题很难解决。伦敦大学国王学院的尼尔·兰伯特说，“想象一下，你的信息是用乐高积木做的，然后你就有了一个用乐高积木做的黑洞。在宇宙时间尺度上，一块一块的乐高积木外散出来。你把大量的信息投入进去，然后这些信息又缓慢地出来，而且每一份都非常小。你必须非常深入地挖掘理论”才能弄清楚这些落入黑洞的信息与出来的信息有什么关联。

卡尔梅特和他的团队估计，黑洞的引力场应该会对霍金辐射的能量谱进行微幅修改。他说：“这是一个微小的影响，但它意味着频谱中含有信息。”传统上，霍金辐射被认为是随机的，因此其频谱中的任何秩序都可以让信息在黑洞消失时泄露出去。

不过，该领域的其他一些研究人员并不满意。麻省理工学院的丹尼尔·哈洛说：“这没有解决问题。”这种反对在很大程度上归结为一种观点，即具有讽刺意味的是，这一理论没有解释清楚信息到底是如何保存的，尤其是在黑洞完全蒸发时。兰伯特说：“我认为这项研究在业内并不怎么受欢迎，因为我认为它还不够精确。”

哈洛说：“要解决黑洞信息问题，需要我们对空间和时间如何从量子引力理论中产生的认识发生重大变化——我认为，仅仅利用物理学和量子场理论的标准定律无法解决这个问题。”

测试这项研究结果将是困难的，因为霍金辐射是如此微小的影响。卡尔梅特说：“实际上，坦率地说，这是无法测量的——我们从未见过来自真实黑洞的霍金辐射。我认为，霍金辐射永远无法用天体物理学来测量，但有办法建立黑洞的相似物，从而模拟霍金辐射。”他说，也许这些相似物将提供答案。