科學家認為“量子毛發”可以解決霍金的黑洞悖論

如果正確的話，這將標志著理論物理學的一個重大進步。

領導這項工作的薩塞克斯大學的Xavier Calmet教授說，在對這個問題背后的數學進行了十年的研究之后，他的團隊在去年取得了快速的進展，這讓他們相信他們終于破解了這個問題。

Calmet說：“科學界普遍認為，解決這一悖論將需要物理學的巨大范式轉變，迫使量子力學或廣義相對論的潛在重構。我們所發現的--我認為是特別令人興奮的--是這是沒有必要的。”

霍金悖論歸結為以下幾點：量子物理學的規則指出，信息是守恒的。黑洞對這一規律提出了挑戰，因為一旦一個天體進入黑洞，它基本上就永遠消失了--連同其中編碼的任何信息。霍金發現了這個悖論，幾十年來，它一直困惑著科學家。

人們提出了無數的解決方案，包括“防火墻悖論”，其中假定信息在進入黑洞之前就被燒毀；“模糊球理論”，其中認為黑洞有不明確的邊界；以及弦理論的各種奇特分支。但這些建議大多需要重寫量子力學或愛因斯坦的引力理論的定律，這是現代物理學的兩大支柱。

相比之下，量子發散定理聲稱通過使用新的數學公式彌合廣義相對論和量子力學之間的差距來解決這個悖論。

這個名字是對基于經典物理學的觀點的贊成，即黑洞可以被視為令人驚訝的簡單天體，只由其質量和旋轉速度來定義。自20世紀70年代以來，對光禿禿、沒有特征的黑洞的預測被稱為“無毛定理”。

Calmet和他的合作者認為黑洞更加復雜--或者說“有毛”。他們認為，當物質坍縮到黑洞中時，會在其引力場中留下一個微弱的印記。這種印記被稱為“量子毛發”，作者說，它將提供信息在黑洞坍縮期間被保存的機制。根據這一理論，兩個質量和半徑相同，但內部組成不同的黑洞，其引力場會有非常微妙的差異。

“我們的解決方案不需要任何猜測性的想法；相反，我們的研究表明，這兩種理論可以用來對黑洞進行一致的計算，并解釋信息是如何存儲的，而不需要激進的新物理學，”Calmet說。

沒有明顯的方法可以通過天文觀測來測試該理論--引力波動將太過微小而無法測量。但是，該理論可能會受到理論界的有力審查。

倫敦帝國理工學院的理論物理學家Toby Wiseman教授將這篇論文描述為 “一項很好的工作”，但他仍然不相信它解決了幾十年的悖論。

他說，至關重要的是，這篇論文表明有可能獲得關于黑洞內部的一些額外信息--但并沒有表明這一現象可以解釋明顯丟失的全部信息。他說：“他們沒有表明這一點，這就是悖論的關鍵所在。”

他表示：“我的感覺是，要真正解決這個悖論，你必須充分理解量子力學和引力是如何結合在一起的。他們正在研究小的修正，但不是兩者的完全結合。”

Calmet表示：“當你有一個大的主張，你必須支持它。人們需要一些時間來完全接受這一點。這個悖論已經存在了很長時間，在世界各地都有非常有名的人，他們多年來一直在研究這個問題。”

這項工作發表在《物理評論快報》雜志上。