黑洞信息悖論直指黑洞的特性,它能否將吞噬的信息消化掉,讓它消失。霍金認為可以,經過30年的研究,他選擇了認輸,承認自己失敗了。
自從相對論問世,科學家便對它進行了深入研究,得出了不少推論。其實愛因斯坦本人並沒有對相對論做出太多的推論,反而是其他科學家用數學的方法,深入解讀了相對論,擴大了它的範疇。黑洞就是一個例子,它是德國天文學家史瓦西推導出來的。經過了多名科學家的認證,黑洞被認為是存在的。不過我們沒辦法觀察到它,天文望遠鏡也不行。
當科學家們預言到黑洞的特性時,他們首先感覺到的是恐懼,為什麼黑洞能夠吞噬萬物?連光都逃脫不了。後來才知道,是時間和空間的雙重作用的原因,我們看不見那些被吞噬進去的物質。
科學家對準了黑洞「只進不出」的特性,展開了長時間的辯論,認為黑洞不會對外吐出物質的科學家佔據了大多數,這成了主流觀點。但是科學的發展從來都離不開質疑,有些科學家便認為黑洞其實一直在對外散發能量,它不是只進不出。
霍金髮聲
霍金對黑洞的研究有獨到之處,他在1974年時提出了黑洞輻射理論,認為它用熱輻射的方式對外散發能量。受到粒子牽引的作用,黑洞的質量在慢慢流失。當粒子被黑洞吞噬時,它的反粒子會帶著負能量一起被吞噬。不過後者攜帶的負能量,會在黑洞發生熱輻射時,一起釋放出去,讓黑洞質量下降。
然而這還不是霍金真正想要表達的觀點,他想說的是,被黑洞吞噬的信息都憑空消失了。在物理學的範疇內,信息代表了物質的狀態。每個人都有信息,你的身高體重都是專屬自己的信息。放大到宇宙,每個物質也有自己的信息。根據這種信息,我們可以推斷出物質在過去或者未來的狀態。
那物質被黑洞吞噬後,它們的信息還在嗎?霍金說不在,黑洞本身的質量是減小的,那裡面的信息自然也會消失。
黑洞信息悖論
霍金的這一理論直接挑戰了量子力學,因為量子力學信奉的是信息守恆,就像能量守恆定律一樣,信息是不會消失的。至此,黑洞信息悖論形成。而以普瑞斯基爾為首的科學家反駁了霍金的理論,他們堅定地認為信息還在黑洞裡面,不會憑空消失,雙方為此還打賭了。
其實在量子力學看來,宇宙中什麼樣的事情都有可能發生,能否發生不過是概率的問題,這種隨機性覆蓋了所有事物。薛丁格方程便是量子力學對信息守恆的驗證,已經得到了科學界的普遍認可,這也是普瑞斯基爾如此理直氣壯地反駁霍金的原因。
信息之謎
雙方的辯論持續了30年,霍金在2004年時和另外兩位科學家發表了一篇論文,名字是《黑洞上柔軟的毛髮》。這裡面有個形象的比喻,說黑洞有層肉眼不可見的毛髮,被吞噬的信息就儲存在這裡。霍金承認他失敗了,黑洞裡面的信息是守恆的。那在之前,霍金的理論到底有什麼漏洞?
首先就是對黑洞的了解,我們對黑洞的認知實在有限,它本身攜帶的質量和電荷,都是信息的一部分。所以黑洞擁有能儲存信息的地方,只是我們不知道。其次,黑洞對外進行熱輻射時,完全是隨機的,以至於我們無法判斷信息有沒有被釋放出去。
這背後還有弦理論的影子,它支持了信息守恆,霍金本人對弦理論也有涉獵。不過別以為黑洞信息悖論已經解決了,黑洞儲存信息的地方還沒有找到,它擁有的「毛髮」還是假想中的存在。科學的發展就是這樣,需要長時間的理論積累,才能驗證原有的理論。