去世7個月後，霍金新發表的論文都說了些什麼？
斯蒂芬·霍金的最後一篇科學論文發表了。論文的共同作者是其他幾位物理學家，他們與這位已故的宇宙學家一起致力於研究「物體進入黑洞後，信息到底哪去了」這一困擾了他一生問題。
這篇文章就是想要解決這個被理論物理學界稱為「信息悖論」的問題。文章的相關工作是在霍金去世(2018年3月14日，老爺子死於"π day")幾天前完成的。現在，這篇文章由霍金在劍橋和哈佛大學的同事們寫成，並發表在了互聯網上。
劍橋大學的理論物理學家Malcolm Perry是這篇名為《黑洞熵與「柔軟毛髮」(Black Hole Entropy and Soft Hair)》論文的聯合作者。他說，信息悖論「處於霍金生活的中心」已經超過40年時間了。
「但我們的技術依然不足以驗證霍金的那些偉大想法。」
而至於這個難題的由來，則可以一路追溯到愛因斯坦身上。1915年，愛因斯坦發表了廣義相對論，這個偉大的理論描述了時空如何因質量的存在而彎曲，又是如何因此產生引力的，並且解釋了為什麼行星會繞著太陽轉。愛因斯坦的理論也對黑洞做出了重要的預測，其中特別引人注意的是，黑洞是僅僅由三個基本參數就能完全定義的：質量、電荷和自旋(角動量)。
將近60年之後，霍金橫空出世了。他認為黑洞也是有溫度的。而因為任何熱的(有溫度)的物體都向空間散失熱量，一個黑洞的終極命運就一定是：完全蒸發掉，無影無蹤。但是這帶來了一個更大的問題：量子世界的規則決定了，信息是永遠不會消失的。所以，當一個物體墜入黑洞的時候，它所包含的信息又會何去何從呢？
「讓人撓頭的地方在於，如果你把什麼東西扔進了黑洞，它看起來就是完全消失了。」Perry說。「如果黑洞自身最終也會消失，那怎麼才能恢復這個東西上攜帶的信息呢？」
在最近的這篇論文中，霍金和他的同事展示了如何才至少可能把一些信息保存下來。把一個物體扔進黑洞，黑洞的溫度就應該會有所改變。一個叫做「熵」的參數也會如此，這個物理量是用來描述物體內部無序程度的，會隨著物體溫度的升高而增長。
包括劍橋大學的Sasha Haco和哈佛大學的Andrew Strominger在內的物理學家研究指出，環繞黑洞視界的光子可以記錄黑洞的熵——「視界」則是指光無法逃脫黑洞強大引力的那一點。他們把這種光子發出的光澤稱之為「柔軟毛髮」。
「這篇論文指出，『柔軟毛髮』可以用來解釋熵。」Perry說到。
然而，這篇論文沒有終結信息悖論問題。「我們不知道霍金的熵理論能不能解釋所有可能被扔進黑洞的東西，但這確實是向前邁了一步。」Perry說。「我們認為這是很好的進步，但是前面還有好多工作等著呢。」
在霍金去世前幾天，Perry正在哈佛與Strominger一起忙著論文的事情。他沒意識到那時候霍金已經病重了，還收到霍金的消息，讓把論文的最新進展告訴這位偉大的物理學家。這恐怕就是霍金最後一次的科學交流了。「那時候霍金已經很難與人溝通了，我不得不靠著一個大擴音器來說明最近都幹了些啥。解釋完之後，他只是向我擠出了一個大大的微笑。」
Perry和他的同事們還有很多未知之處需要探索，其中之一是與熵相關的信息是如何存儲在「柔軟毛髮」中的，以及在黑洞蒸發時，這些信息又該如何逃出來。
「如果我把某樣東西扔進黑洞，那麼是所有其中的信息都儲存在了黑洞的視界上嗎？」Perry說到，「這是解決信息悖論的關鍵。如果只有一半、甚至是99%的信息存在了視界上都是不夠的，必須要完全解決信息悖論才行。
「這算是一大進步，但是離完全解決問題還遠得很。困擾我們的謎團稍微少了一點點，但令人頭疼的問題還都在。」
南安普頓大學的理論物理學家Marika Taylor曾經是霍金的學生，她表示，理解熵這個物理量的微觀起源——熵到底是在計算什麼基本的量子狀態？——是過去40年物理學界所面臨的一項大挑戰。
「這篇論文為搞清楚基於視界對稱性的黑洞熵指出了一條可能的路徑。文章作者不得不做出了幾個非平凡的假設，所以下一步的工作就是要證明這些假設是有效的。」
Juan Maldacena是愛因斯坦的母校——普林斯頓高級研究所的理論物理學家，他說：「霍金髮現了黑洞是溫度的。對於普通的物體，我們知道溫度其實來自於系統內微觀成分的運動。舉例來說，空氣的溫度來自於空氣分子的運動：這些分子運動得越快，空氣溫度就越高。
「對於黑洞來說，我們還不知道它的微觀成分到底是什麼，也不知道這些成分是不是會與黑洞的視界有關。在一些具有特殊對稱性的物理系統中，可以根據這些對稱性來計算它的熱性質。這篇論文表明，在黑洞視界附近，我們確實看到了其中一種特殊的對稱性。」
本文譯自 TheGuardian，由譯者 Freez Sun 基於創作共用協議(BY-NC)發布。
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