如果你把什麼東西扔進黑洞中去會怎麼樣？

黑洞與信息悖論

還可以對黑洞物理學中一些最深刻的悖論做出揭示，例如信息悖論。 正如你可能知道的，黑洞並非一片純黑，而是通過隧道效應（tumieling)發出少量 輻射。根據量子理論，輻射總有那麼一點機會逃逸黑洞那像台鉗般夾緊的引力。 這導致輻射從黑洞中緩慢泄漏，稱為霍金（Hawking)輻射。

這種輻射本身又與一定的溫度相聯繫（與黑洞事件穹界的表面積成比例）。 對這個方程，霍金做了一個概括性的推導，做了大量的手勢（haml-waving)。然 而，要對這個結果進行嚴謹的推導，就需要動用統計力學的全部威力（以計算黑 洞的各種量子態為基礎）。通常情況下，統計力學的計算是通過計數原子或分 子能佔據多少態來完成的。但你怎樣才能計數黑洞的量子態呢？根據愛因斯坦 的理論，黑洞是完全光滑的,這樣,要計數它的量子態就成了難題。

弦理論家們迫切需要合攏這一缺口，於是，哈佛大學的安德魯?施特羅明戈 (Andrew Strominger)和庫姆蘭.瓦法（Cumruni Vafa)決定運用M -理論對黑洞進 行研究。由於黑洞本身太難以把握了，他們採用了另一種方式,問了一個聰明的 問題:黑洞的對偶是什麼？（我們知道，電子是單磁極子的對偶，例如單獨一個 北極。因此，通過觀察弱電場中的電子，這很容易做到，我們就可以對一項複雜 得多的實驗進行分析:放置在非常大的磁場中的單極子。)這個想法是，黑洞的 對偶會比黑洞本身易於分析，但它們所能得出的最終結果卻可能是一樣的。經 過一系列的數學處理，他們得以證明，黑洞的對偶是一組一位膜和五位膜。這省 去了大量的麻煩，因為這些膜的量子態計數已經為人所知。當施特羅明戈和瓦 法計算量子態的數量時，他們發現，其結果分毫不差地再現了霍金所得出的 結果。

GIF/1.3M

這是個皆大歡喜的消息。弦理論有時被取笑為與現實世界不相干,結果卻 為黑洞熱力學提供了可能是最為優雅的解。

現在，弦理論家們正試圖解決黑洞物理學中最大的難題信息悖論」。霍金曾經論證說，如果你把什麼東西扔進黑洞中去，那麼它所攜帶的信息就永遠丟 失了，再也找不回來。（要進行一項無懈可擊的犯罪，這可是個妙招。因為扔進 黑洞里去的信息會永遠消失，罪犯可以利用黑洞來銷毀一切犯罪證據。）從一定 的距離上，我們可以測量黑洞的唯一參數就是它的質量、自旋和負荷。不論你把 什麼東西扔進黑洞，你就失去了它的一切信息。（「黑洞無毛」這一說法指的就 是這個，即，一切信息都丟失了，除了這三個參數外，連一根毛也沒留下。）

根據愛因斯坦的理論,信息從我們這個宇宙中消失似乎是不可避免的結果， 但這違反了量子力學的原理。根據量子力學，信息永遠不可能真正消失。信息 一定會飄蕩在我們宇宙中的某個地方，哪怕原來那個東西被餵了黑洞。

「多數物理學家願意相信，信息沒有丟失，」霍金寫道，「只有這樣，世界才是 安全的，可預知的。但我相信，如果我們認真看待愛因斯坦的廣義相對論，我們 就必須接受，空間-時間有可能把自己打成了結，信息有可能在褶縫中消失。確 定信息是不是真的會消失，是當今理論物理學要解決的主要問題之一。」

這項使霍金陷入與多數弦理論家的論爭的悖論到現在也還沒有解決。但弦 理論家們打賭，我們最終會找到失去的信息究竟去了哪裡。（例如，如果你把一 本書扔進黑洞，而蒸發著的黑洞有霍金輻射，不難想像書中所包含的信息會以霍 金輻射所包含的微小振動的形式慢慢溜回我們的宇宙中。或者，它會從黑洞另 —端的白洞中再冒出來。）這就是為什麼我個人覺得，當有人最終計算出當信息 消失在弦理論中的黑洞以後會發生什麼情況時，他們會發現，信息沒有真正丟 失，而是以微妙的形式在其他地方再次出現。

2004年，霍金的態度令人吃驚地逆轉，他在電視的鏡頭前聲明他對有關信 息問題的看法錯了，因而上了《紐約時報》的首頁。（30年前他和其他的物理學 家打賭，說信息絕不會漏到黑洞的外面，誰要是輸了，就要給贏者一本容易提取 信息的百科全書）。他重新進行了某些他早期的計算，得出結論說：如果一個像 書這樣的物體掉進黑洞，這樣的物體可能會干擾黑洞發射的輻射場，使信息泄漏 到宇宙中。書中所含的信息會編碼在輻射中，慢慢泄漏出黑洞，但是是以一種毀 壞的形式向外泄露的

一方面，這樣一來霍金就與大多數相信信息不會丟失的量子物理學家一致 了。但是它也提出這樣一個問題:信息可以傳遞到平行宇宙中去嗎？在表面上, 他的結果對信息可以通過白洞傳遞到平行宇宙的想法產生了疑問。然而，沒有 人相信這是該課題的最後結論。在弦理論完全建立之前，或進行完全的量子重 力計算之前，沒有人相信信息悖論會得到完全解決。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！