斯蒂芬·霍金教授将其职业生涯的大部分时间都用于揭示黑洞之谜,现在,他研究的最后一章关于“信息悖论”的内容已在线发布。
霍金于今年3月去世,享年76岁,就在去世前几天,这位享有盛誉的物理学家和宇宙学家与剑桥大学和哈佛大学的同事们完成了一项理论研究,探讨落入黑洞的物体中的信息会发生什么变化。
马尔科姆·佩里是剑桥大学的理论物理学教授,也是该论文的合著者之一,《黑洞熵与软毛》他在《卫报》上表示,信息悖论“一直是霍金生命的核心”,这一问题超过40年来都是他关注的重点。
“信息悖论”
霍金以阿尔伯特·爱因斯坦在其开创性的相对论中奠定的基础为出发点,运用量子理论提出:在太空寒冷的深处,黑洞会释放热量并缓慢收缩,直至最终消失。
霍金的理论表明,进入黑洞的物体所携带的信息将会消失,并永远丢失。这与量子力学的一项基本定律相矛盾,该定律要求与物体相关的信息永远不会丢失,并由此引出了“信息悖论”。
这项新研究解释了,黑洞消失后,至少部分信息仍可能得以保留。当物体进入黑洞时,温度升高,熵值随之增加——熵是衡量物体内部无序程度的指标。
围绕黑洞事件视界(即光线无法逃逸极端引力拉力的临界点)的光子层可能记录了黑洞的熵。该研究聚焦于被称为“软毛”的质子如何存储与熵相关的信息。
这篇论文是解决信息悖论的一步,但仍有大量工作有待完成。物理学家现在必须确定与熵相关的信息如何存储于软毛之中,以及黑洞蒸发时信息如何逸出。
“理解这种熵的微观起源——熵所计数的基础量子态究竟是什么?——是过去40年来最大的挑战之一。”曾师从霍金的英国南安普顿大学理论物理学教授玛丽卡·泰勒告诉《卫报》。
“这篇论文提出了一种基于事件视界对称性、理解天体物理黑洞熵的方法。作者需要做出几项非平凡的假设,因此下一步工作将是证明这些假设成立。”
照亮宇宙
霍金因1988年出版的畅销书《时间简史》而声名远扬,该书使大爆炸和黑洞等复杂主题变得通俗易懂。然而,早在公众关注他之前,他就因对人类理解宇宙所做的贡献而受到科学界的赞誉。
21岁时,他被诊断患有运动神经元病,即肌萎缩侧索硬化症(ALS),并被告知仅剩两年寿命。尽管这种退行性疾病严重影响了他的生活,但他的生命和职业生涯却跨越了数十年,打破了当初的预测。
在牛津大学完成本科学业后,这位年轻的科学家迁居剑桥,并在那里生活直至2018年3月14日去世。
在其职业生涯早期,雄心勃勃的霍金为自己设定了极高的标准,并宣称:“我的目标很简单。那就是彻底理解宇宙,理解它为何如此,以及它为何存在。”


