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霍金“复活”,给黑洞选了个“泄密者”

来源:广州热线综合

时间:2018-11-01 10:25
霍金“复活”,给黑洞选了个“泄密者”

3月14日,著名物理学家史蒂芬·霍金的离世,震惊了整个世界,也遗憾了整个世界。原以为,霍金的研究也因此划上了句号。不想,半年后这位伟大的科学家“复活”了,以第二作者的身份,在arXiv网站上以《黑洞熵和软毛》为题,发表了其最新科学研究论文成果的预印版。这一消息在被著名学术期刊《科学》网站以《霍金最后论文的发出》为新闻发布后,再度引发了人们的关注:最后的论文,到底是写了啥?

“贪食”属性引谜团 丢失的信息去哪儿了

爱因斯坦的广义相对论,是物理学的一大基础理论。这一理论预言宇宙中存在一种质量极大的天体——黑洞。黑洞可由质量、电荷和自转三个特征完整定义。在这个“洞”中,光都很难“逃逸”,更遑论速度低于光速的其他物质。因此,黑洞就像一只“只进不出”的“貔貅”。假设,黑洞自身最终会消失,那么被黑洞“吞噬”的物体所携带的信息,自然也就随之消失了。

不过,吞噬所有物质和信息的黑洞,却与物理学的另一基础理论量子力学产生了矛盾。根据量子力学,一个物体的所有性质都由其状态决定,物体的状态则由波函数所表征。换言之,在获得了物体在某一个具体时刻的波函数后,其此前或此后的任意时刻波函数,都能被当前波函数所决定。因此,物体的信息必须守恒。

这两大理论得出的关于信息丢失与否的矛盾,被称为黑洞信息悖论。

中国科学院国家天文台研究员、黑洞及其高能爆发现象研究小组负责人苟利军从熵的角度,解释了黑洞的种种“传奇”。

霍金曾与合作者在上世纪70年代提出黑洞热力学定理。那个定理的最直接推论就是黑洞没有熵,物体掉进黑洞就完全消失了,包括信息。熵反映了黑洞中存储信息量的多少。这就意味着,因为黑洞的存在,通过某种方式,我们可以实现宇宙中熵的减少,这与我们所熟知的宇宙熵增加原理相违背。正是因为这一违背之前原理的推论, 才促使霍金发现了霍金辐射,而有了更让人困惑的黑洞信息悖论。

合作伙伴“代笔”论文 解霍金几十年之困

剑桥大学理论物理学教授、论文共同作者马尔科姆·佩里表示,四十多年来,信息悖论问题始终是霍金生命的重心。让霍金“复活”的论文,由其在剑桥大学与哈佛大学工作的三位合作伙伴执笔。论文研究的,正是困扰了霍金几十年的问题:掉进黑洞中的物体,所携带的信息是否会丢失?这些信息能否从黑洞中“逃”出?

此前,霍金曾提出,除了质量、电荷和自转等三特征外,黑洞应当还具有温度这一特征。

霍金认为,传统的黑洞研究只考虑了广义相对论。但如果“叠加”上量子力学,则会发现,在空间的任一地方,都会存在粒子和反粒子对,它们会在瞬间产生和湮灭。这些粒子对的能量越高,寿命就越短。

如果在黑洞的边界,即视界上,有一瞬间产生的反粒子被黑洞吸收,那么与该反粒子成对、本该同步湮灭的粒子则可能不会湮灭,而成为了一个持续存在的真实粒子。从外界的角度看,就类似于黑洞发射出了一个粒子。此即霍金辐射。从这一角度看,黑洞并非绝对黑,也并非一只“貔貅”。

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