霍金拓展黑洞新理論:逃離黑洞的關(guān)鍵是“軟毛發(fā)”
似乎是嫌宇宙還不夠神秘,霍金教授最近指出黑洞可能還“穿著衣服”。就在去年,這名杰出的物理學(xué)家提出,黑洞可能并非宇宙中的“終極煉獄”,信息有可能從中逃離。
量子力學(xué)原理要求落入黑洞的信息必須不會(huì)被消滅,但我們此前對(duì)黑洞的認(rèn)識(shí)則是,一切落入黑洞的物質(zhì)和信息都將消失。這就是著名的“信息悖論”問(wèn)題,它已經(jīng)困擾物理學(xué)界超過(guò)40年時(shí)間。
北京時(shí)間6月12日消息,據(jù)英國(guó)《每日郵報(bào)》報(bào)道,如果有一天你不幸被困在了一個(gè)黑洞內(nèi),你該怎么辦?不用擔(dān)心,因?yàn)榛蛟S你還是有機(jī)會(huì)逃離的。
就在去年,世界著名的物理學(xué)家史蒂芬·霍金教授提出,黑洞可能并非如很多人所設(shè)想的那樣是一個(gè)“終極牢獄”,實(shí)際上數(shù)據(jù)仍然是能夠從黑洞深淵中逃離的。
現(xiàn)在,在一篇經(jīng)過(guò)同行評(píng)審的最新論文中,這名已經(jīng)74歲高齡的學(xué)者將他此前的理論做了進(jìn)一步的拓展,確認(rèn)逃離黑洞的關(guān)鍵便是存在于黑洞事件視界附近的零能量粒子,或者叫做“軟毛發(fā)”( soft hair)。
這篇論文對(duì)人們?cè)鹊恼J(rèn)識(shí),即落入黑洞的物質(zhì)將永遠(yuǎn)消失的觀點(diǎn)提出了挑戰(zhàn),并讓我們更進(jìn)一步加深對(duì)于黑洞本質(zhì)的了解,后者是宇宙中最為神秘的天體之一。
尤其需要強(qiáng)調(diào)的是,霍金表示他發(fā)現(xiàn)了一種信息能夠借以逃離黑洞的機(jī)制。
在今年1月份,霍金引發(fā)了媒體關(guān)注,當(dāng)時(shí)他宣稱自己可能找到了一種解決所謂“信息悖論”的方法。他提出了一種潛在的可能機(jī)制,能夠讓黑洞在“消滅”信息的同時(shí)保存信息。但當(dāng)時(shí)他的文章還尚未經(jīng)過(guò)同行評(píng)議過(guò)程,因此還不能算是正式發(fā)表。
而現(xiàn)在,這篇文章已經(jīng)正式經(jīng)過(guò)了同行評(píng)議并在《物理評(píng)論快報(bào)》(PRL)上刊載。根據(jù)紐約時(shí)報(bào)的報(bào)道,在哈佛大學(xué)舉行的一次講座中,霍金教授表示:“黑洞并非宇宙中的終極煉獄,就像它們此前被認(rèn)為的那樣。因此,如果你發(fā)掘自己被困在了黑洞內(nèi)部,不要放棄,還是有機(jī)會(huì)出去的。”
在上世紀(jì)1970年代,霍金提出黑洞會(huì)向外輻射粒子,并且在這一過(guò)程中黑洞將逐漸損失能量并不斷收縮,最終消失。去年,霍金對(duì)這一理論進(jìn)行了修正,提出黑洞實(shí)際上更確切的應(yīng)該被稱為“灰洞”。灰洞理論允許物質(zhì)和能量在被束縛一段時(shí)間之后重新釋放回到宇宙中。
然而該理論中涉及信息重新釋放的理論此前并未能被很好的理解,而這一最新的論文對(duì)該理論進(jìn)行了拓展和解釋。
該理論認(rèn)為存在于黑洞邊界——即所謂“事件視界”附近的粒子由光子和引力子組成,它們分別是構(gòu)成光與重力能的亞原子粒子。這些能量非常低,甚至是零能量的量子在黑洞邊界附近積累,它們能夠捕捉并儲(chǔ)存從落入黑洞的粒子中提取的信息。
這一機(jī)制意味著,盡管落入黑洞的物質(zhì)可能的確消失了,但它們所包含的信息將繼續(xù)在黑洞邊界附近游蕩,由這些構(gòu)成所謂黑洞“軟毛發(fā)”的量子保存著。
霍金將這種信息的返還機(jī)制比作一本百科全書(shū)的焚毀過(guò)程。在那樣的情況下,百科全書(shū)本身的確被焚毀了,但它所包含的信息其實(shí)并未真正丟失,只是變得幾乎無(wú)法解讀。
研究人員對(duì)此研究評(píng)論認(rèn)為,盡管還需要更多的后續(xù)研究,但這的確是通往解決“信息悖論”道路上的重要步驟,該悖論長(zhǎng)期以來(lái)困擾著包括霍金在內(nèi)的黑洞研究人員。
在今年年初接受《科學(xué)美國(guó)人》雜志專訪時(shí),霍金該項(xiàng)研究的主要合作者,哈佛大學(xué)理論物理學(xué)家安德魯·斯特明格(Andrew Strominger)教授曾經(jīng)指出:“我們的研究表明,當(dāng)一個(gè)粒子進(jìn)入黑洞時(shí),它會(huì)為黑洞增添一個(gè)軟光子。也就是為黑洞增加了‘毛發(fā)’。而從更加通俗的角度來(lái)說(shuō),因?yàn)樗辛W佣紟в匈|(zhì)量并且與引力場(chǎng)之間存在相互作用,因此它們幾乎總是會(huì)為黑洞增添‘毛發(fā)’。那類似于一種記錄設(shè)備。”他說(shuō):“這些軟光子和引力子將記錄下進(jìn)入黑洞的粒子的信息。這種機(jī)制能夠記錄下遠(yuǎn)比我們此前設(shè)想的多得多的信息。”
加州大學(xué)圣巴巴拉分校的物理學(xué)家格雷·霍洛維茨(Gary Horowitz)表示:“需要指出的是,這篇論文并未解決黑洞信息悖論。首先,相關(guān)分析必須能夠在引力場(chǎng)尺度上得到重復(fù),而非僅僅是電磁場(chǎng)尺度上。目前相關(guān)作者正致力于這方面的工作,初步計(jì)算顯示純引力狀況可能與電磁場(chǎng)的狀況非常相似。但更重要的是,他們所提出的黑洞軟毛發(fā)機(jī)制可能并不足以捕捉所有進(jìn)入黑洞的粒子留下的信息。”
他表示,目前還無(wú)法確認(rèn)是否所有被黑洞吞噬的信息都確實(shí)能夠被轉(zhuǎn)化為軟毛發(fā),抑或這些只不過(guò)是所有因?yàn)楸缓诙赐淌啥У奈镔|(zhì)產(chǎn)生的信號(hào)。但他也承認(rèn):“但當(dāng)然也可能的是,隨著這項(xiàng)工作的進(jìn)一步深入進(jìn)行,將會(huì)揭示這種‘毛發(fā)’的更多本質(zhì),并有可能最終解決信息悖論問(wèn)題。”
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