科学家:量子毛发理论可解决霍金黑洞悖论


科学家:量子毛发理论可解决霍金黑洞悖论


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科学家:量子毛发理论可解决霍金黑洞悖论


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一组科学家宣称他们终于解决了困扰物理学家几十年的、关于黑洞的一个悖论 。
【科学家:量子毛发理论可解决霍金黑洞悖论】黑洞可以说是人们所知道的宇宙中最奇特、最极端的天体 。 科学家认为它们是大质量恒星寿命到终点以后坍塌而形成的 。 黑洞有着巨大的引力 , 靠近它的任何物质都会被它吸收 , 甚至包括光线 。
上世纪70年代左右 , 已故知名物理学家史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)和同事有一项发现 , 给物理学家留下一个关于黑洞的巨大谜题 。 他们的发现简称为“霍金辐射”(Hawking Radiation)理论 , 意思是说黑洞会以微弱的光辐射的形式泄漏它的能量 。 随着时间的流逝 , 黑洞的能量最终会漏光 , 黑洞也就彻底消失了 。

这项发现为什么会成为巨大的谜题呢?因为科学家进行的各种计算显示 , “霍金辐射”的能量无法被用来探知黑洞里面任何信息 。 换句话说 , 当黑洞最终消失的时候 , 这意味着这个黑洞曾经吞噬过的任何物质和信息就随之完全消失了 。

可是这与量子理论是矛盾的 。 量子力学理论是当代物理学的重要支柱之一 , 能够很好地解释大量宇宙基础层面的物理现象 。 量子力学认为 , 宇宙中任何信息永远都不会消失 。 麻省理工学院(MIT)的研究者对此的阐释是 , 一个观测者只要知道任何一个系统现在的状况 , 就有办法知道这个系统过去和未来的一切信息 。
这个矛盾就是著名的黑洞信息悖论 。 这个矛盾最令科学家懊恼的地方在于 , 这说明量子力学和相对论有一方存在问题 , 而这两个理论是现代物理学最重要的两个理论支柱 。
3月17日发表于《物理评论快报》(Physical Review Letters)的一份研究称 , 他们终于解决了这个矛盾——终于能把量子力学和相对论联系起来 。
这份研究由来自英国、意大利和美国的科学家合作完成 。 研究者发现 , 其实通过黑洞外在的特性可以探查出黑洞内部的信息 , 他们把这称为“毛发理论” 。 这是相对于在此之前知名的黑洞“无毛理论”(no-hair theorem)而言的说法 。 “无毛理论”认为 , 从外在的特征只能探知黑洞的质量、电荷和角动量三个特性 。

这份研究完成的计算认为 , 从外在特征还是可以推测更多黑洞的信息 。 他们发现 , 落入黑洞的物质在黑洞的引力场会留下特定的印记 。 也就是说 , 这些印记保留了这些物质的信息 。

这项发现的重要意义在于 , 量子力学和引力学在黑洞这个悖论的问题上没有矛盾 , 终于可以联系起来 。 主要研究者之一英国萨塞克斯大学(University of Sussex)的泽维尔·卡尔梅特(Xavier Calmet)告诉卫报(The Guardian):“我们的研究显示 , 两个理论关于黑洞进行的计算是一致的 , 能够解释信息的储存 , 而不需要提出新理论 。 ”

卡尔梅特坦承 , 这项发现很“重磅” , 科学界尚需要一些时间去接受它 。

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