霍金最新理論“黑洞軟毛髮”引爭議
http://finance.sina.com/bg/tech/sinacn/20160131/15371406933.html大約一個月前，英國著名物理學家史蒂芬·霍金和他的同事們在預印網站上發表了一篇論文(論文網址：http://arxiv.org/abs/1601.00921)。 然而在論文發表將近一個多月之后，物理學家們卻陷入了意見分裂的局面。
一部分物理學家支持霍金在論文中提出的主張，即認為該理論提供了一種解決黑洞信息悖論的有希望的途徑，而這一悖論本身也是霍金在40多年前最早提出來的。
美國哈佛大學的物理學家安德魯·斯特羅明格(Andrew Strominger)是霍金這篇最新論文的合著者，他指出：“我想人們普遍對此感到興奮，因為它提供了一種看待事物的嶄新方式，而此前的方式往往會把我們帶進死衚衕。”斯特羅明格在1月18日在英國劍橋大學向其他物理學同行們介紹了這篇論文中的觀點，那裏正是霍金工作的大學。
不過，並非所有物理學家都同意他的觀點，盡管他們當中的一些人也承認這篇文章對於物理學中的很多問題都有很好的啓發作用。在上世紀70年代中期，霍金髮現黑洞實際上並非完全是“黑的”，而是會發出一些輻射。根據量子力學原理，量子漲落效應必然會在黑洞事件邊界附近産生出一個粒子對——黑洞的事件邊界是黑洞死亡範圍的邊界，一旦越過這條綫便有去無回。在産生出的這些粒子中會有一部分逃離黑洞的引力並帶走一部分質量，從而造成黑洞質量的損失，使其逐漸收縮並最終消失。
在1976年發表的一篇文章裏，霍金指出這些向外流出的粒子(后來被稱作“霍金輻射”)將具有完全隨機的性質。因此一旦黑洞消失，此前所有被黑洞吞噬的物質所攜帶的全部信息也將隨之從宇宙間消失。然而這樣的結果將與量子力學原理相衝突，后者指出，信息和能量一樣是守恆的，是無法被消滅的。於是這個衝突就成為著名的“黑洞信息悖論”。在一次演講中，斯特羅明格表示：“大概這篇文章會比歷史上的任何其他論文都會讓更多的物理學家晚上睡不着覺。”
他指出，這其中的疏漏就在於忽略了真空攜帶信息的潛力。在他們的最新論文中，他和霍金以及第三作者，同樣來自英國劍橋大學的物理學家馬爾科姆·佩里(Malcolm Perry)共同將關注的目光指向了軟粒子(soft particles)。這些是低能量版本的光子、物理學家們假想中認為應當存在的引力子以及其他類型的粒子。直到最近，這些概念還都僅僅停留在被用於粒子物理的紙面計算中。但這一次，論文作者們注意到黑洞所在的真空環境實際上不可能是完全真空的，而必須充滿着粒子，因此在這樣的環境裏存在大量處於零能量狀態的軟粒子。
於是，他們進一步推理指出任何落入黑洞的物質都會在這些粒子中間留下印記。斯特羅明格表示：“如果你在一個完全的真空裏，如果你呼吸，或是做任何事情，你都會造成很多軟引力子的擾動。”經過這樣的擾動之后，黑洞周圍的真空就被改變了，這些物質中所包含的信息也在這樣的改變中被保留了下來。
在論文中，作者接下來探討了將這些信息傳導至黑洞的機制，這是解決信息悖論所必須的步驟。論文作者們採用的方法是嘗試通過計算，找出能夠解碼黑洞事件邊界附近以量子形式存儲的數據——也就是所謂“黑洞毛髮”——的方法。
信息傳輸問題
但即便到這一步，整個工作仍然是不完整的。阿布海·阿什特卡(Abhay Ashtekar)在美國賓夕法尼亞州立大學從事對引力的研究。他認為這篇論文中所提及的向黑洞傳輸信息的方式——也就是所謂的“柔軟毛髮”——不能讓他感到信服。並且在論文中，霍金和其他作者也坦白承認他們目前並不清楚這些被傳輸的信息隨后將如何被傳遞到霍金輻射之中，而這是下一個關鍵性的步驟。
史蒂芬·艾弗裏(Steven Avery)是美國布朗大學的一名理論物理學家，他本人對於這項最新研究能夠解決黑洞信息悖論的看法持保留意見，但他同時也樂見這項工作拓展了軟粒子的重要性。他注意到，斯特羅明格在研究中發現軟粒子能夠揭示自然界已知力量間的某種微妙對稱性：“有一些是我們此前就已經了解的，但另外一些則是新的”。
總體而言，其他物理學家對於這項研究在解決信息悖論方面的前景抱有相對樂觀的看法，其中就包括德國法蘭克福高等學術研究所的薩賓·霍森菲爾德(Sabine Hossenfelder)。她表示這一有關“黑洞軟毛髮”的研究，再加上她的團隊開展的一些工作，似乎可以解決一項更晚被提出的問題，也就是所謂的“黑洞火墻問題”(firewall problem)。該問題的核心在於：霍金輻射的産生是否會導致黑洞的事件邊界區域變成一個高溫區域？如果事實的確如此，那麼這就將與愛因斯坦的廣義相對論中相關原理相抵觸。因為假如黑洞的事件邊界的確是一個溫度極高的區域，那麼當一位觀察者落入黑洞時就會在事件邊界附近被燒死，而根據愛因斯坦的廣義相對論，一名觀察者在穿過黑洞的事件邊界時應當不會經歷任何環境的突然變化。
霍森菲爾德表示：“如果真空存在不同的狀態，那麼你就可以將信息傳遞給霍金輻射，同時不需要在事件邊界附近耗費任何能量，這樣一來黑洞火墻也就不會存在了
http://hssszn.com/?p=8818史蒂芬·霍金以及其他物理學家發表了一項最新假說指出，黑洞可能有著一頭豪華卻如鬼魅般的「毛髮」，而且它們是零能量的粒子。
這份新的報告於一月五日在preprint journal arXiv刊登上線，並提出最新看法表示，至少有一些被黑洞所吞噬的訊息就儲存在這些電性毛髮中。
然而，此最新提案並不能證明所有進入黑洞的訊息都是被完整地保存。
黑洞
1960年代，物理學家約翰·惠勒(John Wheeler)及其同事們曾提出黑洞「無毛」理論，暗指黑洞的所有特質已完全被剝奪殆盡。在惠勒的構想當中，所有的黑洞除了它們的自旋、角動量、質量之外，都是一樣的。
接著1970年代，史蒂芬·霍金提出現在稱為霍金輻射(Hawking radiation)的構想，在這個構想中，所有黑洞都會以幽靈般的量子粒子型態將其質量「流洩」出來，並且隨著時間消逝而去。而根據霍金輻射理論，所有黑洞最終將蒸發掉，留下一個獨一無二的真空。
Strominger表示，根據最初的理論，這些被黑洞留下的真空將會完全一樣，因此無法儲存有關之前使它們形成的物體訊息。
過去幾年，Strominger廢除這些理論中的一部分。首先，他問到，如果你在黑洞蒸發之後所留下的真空中加了一個「軟」光子，或者加了沒有能量的光粒子，那麼會發生甚麼呢？
Strominger表示，儘管大多數人沒有聽過軟光子，但這種粒子卻是普遍存在於各處。(其他稱作是軟引力子的粒子假設是傳遞重力的量子粒子，雖然它們從未被偵測到，但大多數物理學家相信，這些粒子是存在的而且為數眾多。)
Strominger說道：「每一次在大型強子對撞機(Large Hadron Collider)中的碰撞都會產生無數的軟光子和軟引力子。而我們一直都在它們之中游泳著。」
在經過方程式的計算之後，他和兩位劍橋大學的物理學家霍金及Malcolm Perry，發現黑洞真空中仍存有相同的能量，只是在加了軟光子之後，角動量會不同。而這也就是說，黑洞蒸發之後的真空狀態就如天上的雪花一般，而其各自的特點則取決於它的起源與過去歷史。
Strominger表示：「它絕非簡單，普通的東西，它像是一個大型硬碟，本來就能夠無限量的儲存以零能量的光子和引力子形式存在的訊息。」
這份新的傑作是霍金在2014年時提出的一個短篇報告的延伸，在其中提出了爭議，認為在事件視界或者在物體靠近黑洞並將永遠被吞噬於其中之前的那個點，已不再是固定不變的範圍。在新的報告中假定，在黑洞的事件視界周邊圍著由軟光子和引力子形成的毛髮。
資訊悖論立足
Strominger說道，問題是訊息已經「極度地雜亂無章」，因此要把資訊從黑洞中找回來，就像是有人把東西丟到營火堆中，又想在燃燒殆盡之後，把東西再找出來一樣。他補充道，這個新的理論等同於是，黑洞要透過煙和火找出那些原來被燃燒殆盡的東西的特質。
加州理工學院物理學家Aidan Chatwin-Davies(並未參與此研究)表示：「對於訊息消失與否的問題，這並不是最後的答案，但它似乎是向對的方向邁出了腳步。」
他說道，黑洞中有些訊息可能存在那由軟光子和引力子的光環毛髮之中，但也不是所有都一定要存在那兒。
Chatwin-Davies表示：「如果有任何新的發現，它都會提供我們不斷向前邁進的新觀念，讓我們思考有什麼是有利的證明，協助我們了解黑洞以及它們是如何把訊息轉譯成密碼。」
越來越神奇
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所有自黑洞發射出來霍金輻射都是隨機的，而這也意味著黑洞將隨著時間過去而流失訊息，因此人們將無法對這個形成黑洞的天體有更多的了解。然而這個構想也創造了一個悖論，因為在最小的規模層面上，物理定律是完全可以逆轉的，也就是說過去存在的訊息就理論上而言，是可以復原的。近年來，霍金摒棄這種訊息會流失的理論，轉而承認黑洞確實是可以儲存訊息。
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