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北京时间2月1日,据《自然》杂志网站报道,大约一个月前,英国著名物理学家斯蒂芬·霍金和他的同事们在预印的网站上发表了一篇论文(论文网站:arxiv/abs/1601.00921)。 然而,论文发表近一个月后,物理学家陷入了意见分歧的境地。

霍金最新理论"黑洞软毛发"引争议:专家意见分歧

一些物理学家支持霍金在论文中的说法,即该理论为解决黑洞信息的悖论提供了一种有希望的方法,这是霍金在40多年前首次提出的。

美国哈佛大学的物理学家安德鲁·斯特罗姆格是霍金最新论文的合著者。他指出:“我认为人们对此普遍感到兴奋,因为它提供了一种看待事物的新方法,而以前的方法往往会把我们引向死胡同。”1月18日,斯特龙格将这篇论文中的想法介绍给了霍金工作的英国剑桥大学的其他物理学同事。

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然而,并不是所有的物理学家都同意他的观点,尽管他们中的一些人承认这篇文章对物理学中的许多问题很有启发。在20世纪70年代中期,霍金发现黑洞并不是完全“黑”的,而是会发出一些辐射。根据量子力学原理,量子涨落效应将不可避免地在黑洞的事件边界附近产生一个粒子对,这是黑洞死亡范围的边界。一旦越过这条线,就没有回头路了。这些粒子中的一些会脱离黑洞的引力,带走一部分质量,从而导致黑洞质量的损失,导致它逐渐缩小并最终消失。

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霍金在1976年发表的一篇文章中指出,这些外向粒子(后来被称为“霍金辐射”)将是完全随机的。因此,一旦黑洞消失,被黑洞吞噬的所有物质所携带的所有信息都将从宇宙中消失。然而,这一结果将与量子力学的原理相冲突,量子力学的原理指出信息像能量一样是守恒的,不能被破坏。因此,这种冲突成为著名的“黑洞信息悖论”。斯特龙格在一次演讲中说:“这篇文章可能会比历史上任何一篇论文都让更多的物理学家在晚上睡觉。”

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他指出,遗漏之处在于忽视了真正的空携带信息的潜力。在他们的最新论文中,他、霍金和第三作者、英国剑桥大学的物理学家马尔科姆·佩里将注意力集中在软粒子上。这些是光子、物理学家认为应该存在的引力子和其他类型粒子的低能版本。直到最近,这些概念只在粒子物理学的论文计算中使用。然而,这一次,作者注意到,黑洞所处的真实空环境不可能完全是真实的空,而是一定充满了粒子,因此在这种环境中有大量处于零能量状态的软粒子。

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因此,他们进一步推断,任何落入黑洞的物质都会在这些粒子中留下痕迹。斯特龙格说:“如果你在一个完全真实的空,如果你呼吸或做任何事情,你会引起很多软重力干扰。”在这种扰动之后,黑洞周围的真实空发生了变化,这些物质中包含的信息在这种变化中得以保存。

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在本文中,作者接着讨论了将这种信息传递到黑洞的机制,这是解决信息悖论的必要步骤。本文作者采用的方法是试图找到一种方法,能够解码黑洞事件边界附近以量子形式存储的数据,即所谓的“黑洞毛”。

信息传输问题

但即使在这一点上,整个工作仍未完成。阿比·阿什塔卡尔在宾夕法尼亚州立大学从事重力研究。他认为这篇论文中提到的向黑洞传递信息的方式——所谓的“软毛”——不能说服他。在论文中,霍金和其他作者也坦率地承认,他们不知道被传送的信息将如何被传送到霍金辐射,这是下一个关键步骤。

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史蒂文·艾弗里是美国布朗大学的理论物理学家。他对能够解决黑洞信息悖论的最新研究持保留态度,但他也很高兴看到这项工作扩大了软粒子的重要性。他注意到斯特龙格在他的研究中发现,软粒子可以揭示自然界中已知力之间的一些微妙的对称性:“它们中的一些以前是已知的,但另一些是新的。”

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总的来说,其他物理学家对这项研究在解决信息悖论方面的前景持相对乐观的看法,包括德国法兰克福高级研究所的萨宾·霍森菲尔德。她说,这项关于“黑洞软毛”的研究,加上她的团队所做的一些工作,似乎能够解决后来提出的一个问题,即所谓的“黑洞防火墙问题”(fire wall问题)。这个问题的核心是:霍金辐射会导致黑洞的事件边界区域变成高温区域吗?如果是这样的话,它将与爱因斯坦的广义相对论相冲突。因为如果黑洞的事件边界确实是一个极高温度的区域,当一个观察者掉进黑洞时,他会在事件边界附近被烧死。根据爱因斯坦的广义相对论,当一个观察者穿越黑洞的事件边界时,不应该经历环境的任何突然变化。

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霍桑菲尔德说:“如果真空有不同的状态,那么你就可以把信息传送给霍金辐射,而不用在事件边界附近花费任何能量,这样黑洞防火墙就不会存在了。”


来源:零点娱乐时刊

标题:霍金最新理论"黑洞软毛发"引争议:专家意见分歧

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