霍金拓展黑洞新理論：逃離黑洞的關(guān)鍵是“軟毛發(fā)”

晨風(fēng)

如果有一天你不幸被困在了一個黑洞內(nèi)，你該怎么辦？不用擔(dān)心，或許你還是有機(jī)會逃離的。

就在去年，世界著名的物理學(xué)家史蒂芬·霍金教授提出，黑洞可能并非如很多人所設(shè)想的那樣是一個“終極牢獄”，實際上數(shù)據(jù)仍然是能夠從黑洞深淵中逃離的。

現(xiàn)在，在一篇經(jīng)過同行評審的最新論文中，這名已經(jīng)74歲高齡的學(xué)者將他此前的理論做了進(jìn)一步的拓展，確認(rèn)逃離黑洞的關(guān)鍵便是存在于黑洞事件視界附近的零能量粒子，或者叫做“軟毛發(fā)”（soft hair）。

這篇論文對人們原先的認(rèn)識，即落入黑洞的物質(zhì)將永遠(yuǎn)消失的觀點提出了挑戰(zhàn)，并讓我們更進(jìn)一步加深對于黑洞本質(zhì)的了解，后者是宇宙中最神秘的天體之一。

尤其需要強(qiáng)調(diào)的是，霍金表示他發(fā)現(xiàn)了一種信息能夠借以逃離黑洞的機(jī)制。

在今年1月份，霍金引發(fā)了媒體關(guān)注，當(dāng)時他宣稱自己可能找到了一種解決所謂“信息悖論”的方法。他提出了一種潛在的可能機(jī)制，能夠讓黑洞在“消滅”信息的同時保存信息。但當(dāng)時他的文章還尚未經(jīng)過同行評議過程，因此還不能算是正式發(fā)表。

而現(xiàn)在，這篇文章已經(jīng)正式經(jīng)過了同行評議并在《物理評論快報》（PRL）上刊載。根據(jù)紐約時報的報道，在哈佛大學(xué)舉行的一次講座中，霍金教授表示：“黑洞并非宇宙中的終極煉獄，就像它們此前被認(rèn)為的那樣。因此，如果你發(fā)現(xiàn)自己被困在了黑洞內(nèi)部，不要放棄，還是有機(jī)會出去的。”

在上世紀(jì)70年代，霍金提出黑洞會向外輻射粒子，并且在這一過程中黑洞將逐漸損失能量并不斷收縮，最終消失。去年，霍金對這一理論進(jìn)行了修正，提出黑洞實際上更確切地應(yīng)該被稱為“灰洞”?；叶蠢碚撛试S物質(zhì)和能量在被束縛一段時間之后重新釋放回宇宙。

然而該理論中涉及信息重新釋放的理論此前并未能被很好地理解，而這一最新的論文對該理論進(jìn)行了拓展和解釋。

該理論認(rèn)為存在于黑洞邊界—即所謂“事件視界”附近的粒子由光子和引力子組成，它們分別是構(gòu)成光與重力能的亞原子粒子。這些能量非常低，甚至是零能量的量子在黑洞邊界附近積累，它們能夠捕捉并儲存從落入黑洞的粒子中提取的信息。

這一機(jī)制意味著，盡管落入黑洞的物質(zhì)可能的確消失了，但它們所包含的信息將繼續(xù)在黑洞邊界附近游蕩，并由這些構(gòu)成所謂黑洞“軟毛發(fā)”的量子保存著。

霍金將這種信息的返還機(jī)制比作一本百科全書的焚毀過程。在那樣的情況下，百科全書本身的確被焚毀了，但它所包含的信息其實并未真正丟失，只是變得幾乎無法解讀。

研究人員對此研究評論認(rèn)為，盡管還需要更多的后續(xù)研究，但這的確是通往解決“信息悖論”道路上的重要步驟，該悖論長期以來困擾著包括霍金在內(nèi)的黑洞研究人員。

在今年年初接受《科學(xué)美國人》雜志專訪時，霍金的這項研究的主要合作者，哈佛大學(xué)理論物理學(xué)家安德魯·斯特明格（Andrew Strominger）教授曾經(jīng)指出：“我們的研究表明，當(dāng)一個粒子進(jìn)入黑洞時，它會為黑洞增添一個軟光子。也就是為黑洞增加了‘毛發(fā)。而從更加通俗的角度來說，因為所有粒子都帶有質(zhì)量并且與引力場之間存在相互作用，因此它們幾乎總是會為黑洞增添‘毛發(fā)。那類似于一種記錄設(shè)備?！彼f：“這些軟光子和引力子將記錄下進(jìn)入黑洞的粒子的信息。這種機(jī)制能夠記錄下遠(yuǎn)比我們此前設(shè)想的多得多的信息?！?/p>

加州大學(xué)圣巴巴拉分校的物理學(xué)家格雷·霍洛維茨（Gary Horowitz）表示：“需要指出的是，這篇論文并未解決黑洞信息悖論。首先，相關(guān)分析必須能夠在引力場尺度上得到重復(fù)，而非僅僅是電磁場尺度上。目前相關(guān)作者正致力于這方面的工作，初步計算顯示純引力狀況可能與電磁場的狀況非常相似。但更重要的是，他們所提出的黑洞軟毛發(fā)機(jī)制可能并不足以捕捉所有進(jìn)入黑洞的粒子留下的信息。”

他表示，目前還無法確認(rèn)是否所有被黑洞吞噬的信息都確實能夠被轉(zhuǎn)化為軟毛發(fā)，抑或這些只不過是所有因為被黑洞吞噬而消失的物質(zhì)產(chǎn)生的信號。但他也承認(rèn)：“當(dāng)然也有可能的是，隨著這項工作的進(jìn)一步深入進(jìn)行，將會揭示這種‘毛發(fā)的更多本質(zhì)，并有可能最終解決信息悖論問題?！?/p>