【提要】霍金今夏宣布他解決了黑洞信息悖論以來,世界著名物理學家紛紛表示質疑,認為其結論無法驗證
國際先驅導報文章今年7月21日,英國科學家霍金宣稱他已經解決了黑洞信息悖論(又稱黑洞信息佯謬),這立即成為轟動一時的頭條新聞。黑洞信息悖論是他本人於1976年發現的。然而近三個月以來,知名科學家紛紛對他的新論表示懷疑,物理學界對於霍金新論的反應可以用一句話來概括:「請告訴我們具體的證明方法」。
在都柏林舉行的第17次廣義相對論研討會上,儘管霍金提交了描述這一新理論的提綱,但以數學方法研究物理問題著稱於世的他,至今並未發表論文闡釋其理論的具體數學推演步驟。加州大學聖巴巴拉分校物理學家普金斯基說:「我們都在期盼這樣的一本論文初稿出現。」
在了解霍金如何解決黑洞信息悖論前,先回顧一下這個悖論的產生。所謂黑洞,是時空的一個區域,這個區域內的引力非常強大,以至於任何東西,甚至光都不能從中逃逸出來。長期以來,科學家們認為黑洞會吞噬一切。但1974年,霍金提出,黑洞一旦形成,就會「蒸發」輻射出能量,同時損失質量,這種輻射亦稱為「霍金輻射」。
霍金這一理論是黑洞研究中的一個重大進展。但與此同時,他又製造出了一個新的難題。霍金在1976年的另一篇論文中對此做出闡述:黑洞輻射並不含有任何黑洞內部的信息,在黑洞損失殆盡之後,所有信息都會丟失。而根據量子力學的定律,信息是不可能被徹底抹掉的,霍金的說法產生了矛盾,這就是「黑洞信息悖論」。
當時霍金辯稱,黑洞的引力場過於強大,量子力學的定律並不適用,但他這種解釋並不令學術界感到信服。哈佛大學物理學家施特勒明格就直言「我並不相信霍金1976年的理論,儘管我不知道他的計算到底錯在哪裡」。
大約10年前,物理學家發現了用弦理論分析黑洞的方法,這種方法得到科學界的普遍認可。分析結果顯示,弦理論同霍金的理論產生了衝突。不幸地是,弦理論也並未表明霍金1976年的推演錯在哪裡。那麼結果自然是:要麼霍金錯(但物理學家認為他的論證簡潔而優美),要麼弦理論的假設之一是錯誤的(該理論本應是對世界本源的一個巨大發現)。
和1976年的分析方法不一樣,霍金新理論所使用的方法是基於普林斯頓大學理論家馬德西納的最新研究成果。簡言之,霍金認為,假如經過很長的時間段,黑洞完全蒸發時,么正性(量子物理學的最基本屬性)和信息都能被令人滿意地保存住。僅僅在中間階段,那時黑洞仍在蒸發,將出現信息丟失的情況。但是這一分析並未詳細表明信息如何出現,也未表明他是怎樣調和1976年理論與較近時弦理論計算結果間的矛盾。
這令許多物理學家丈二和尚摸不著頭腦。耶路撒冷希伯來大學的貝肯施泰因教授說,「我當時雖在都柏林與會,但根本不知所云,我的同行們也有同感」。加州理工大學索恩教授稱,這「可能需要專家們費時數年才能達成一致看法」。有一些專家對霍金尚未發表論文就急下斷言的態度表示不滿,但也有一些人對霍金現在終於贊同弦理論家堅持了10年的理論而感到暗自得意——儘管霍金的本意並非如此。像貝肯施泰因這樣的一些人認為,早在霍金新論出現之前,信息悖論就已經被解決了。
但其他人則認為,即使是由霍金和線性理論一起來論證,也未必就已萬事大吉。哈佛大學物理學家瓦法認為,若要清楚地解決這一悖論還有許多研究要做:「黑洞么正性問題牽涉這麼多方面,很難相信一篇論文就能全部解決——不管這篇論文的作者是誰!」(齊煒)#