黑洞信息悖论的起源

在冰雪中的玫瑰

艺术家对超大质量黑洞的印象(UBH)。鸣谢:欧空局/哈勃/DSS/Nick Risinger/N. Bartmann

（）据《今日宇宙》（保罗·m·萨特）：虽然物理学告诉我们，信息既不能被创造也不能被毁灭(如果信息可以被创造或毁灭，那么物理学的整个存在理由，即预测未来事件或确定现有情况的原因，将是不可能的)，但它并不要求信息是可访问的。几十年来，物理学家假设落入黑洞的信息仍然在那里，仍然存在，只是被锁在视野之外。

这很好，直到20世纪70年代斯蒂芬·霍金发现了事件视界的秘密复杂性。事实证明，这些黑暗野兽并不像我们被引导相信的那样简单，黑洞的视界是整个宇宙中少数几个引力与量子力学以明显的方式相遇的地方之一。

对统一量子力学和引力的探索可以追溯到一个多世纪以前，在物理学的这两个伟大领域发展之后不久。阻碍它们统一的是数学中无限的扩散。每当引力在小尺度下变得强大，我们的方程就会发散到无穷远，并给出无用的无用结果。但是这里我们是在黑洞的边界，根据定义，黑洞是有强大引力的地方。因为视界是数学构造，而不是有限范围的实际表面，为了真正理解它们，我们必须用显微镜来检查它们，这将它们牢牢地固定在量子领域中。

小尺度下的强引力。虽然我们的数学会爆炸，但黑洞肯定不会。某种东西必须结合重力和量子力学，某种数学技巧或物理洞察力的壮举，无论是什么完成了这项任务，都是在宇宙中每个黑洞的视界中完成的。

霍金和其他人在20世纪70年代开始了一项计划，利用黑洞视界在极端条件下戳戳引力和量子力学的结合性质，希望梳理出它们结合的一些线索。虽然该计划尚未实现其全部潜力，霍金确实发现了黑洞的一些完全非凡的东西，好像它们还不够非凡。

他发现，严格地说，黑洞并不完全是100%黑的。通过现实量子本质的奇异相互作用和黑洞诞生时事件视界的形成，它们能够发出少量辐射。非常清楚，来自黑洞的辐射量几乎为零。例如，一个典型的质量是太阳几倍的黑洞，每年大约会发射一个光子。因此，你不太可能用你的后院望远镜发现一个发光的黑洞(由于宇宙实际上充满了辐射，黑洞目前消耗的远多于它们释放的)。

这种辐射，现在以斯蒂芬的名义被称为霍金辐射，是如何在广义相对论和无毛定理描绘的黑洞原始图景中抛出一把活动扳手的。让我们假设你为自己建造了一个黑洞，将足够数量的物质压缩到一个足够小的体积中，以至于你面前出现了一个黑洞。构建黑洞消耗了大量关于所有曾经享有自由的粒子的信息，所有这些信息现在都被安全地藏在视界后面。

然后你将黑洞与任何增长源隔离开来:没有物质，没有辐射，没有供它享用的能量。黑洞适时地释放霍金辐射，一次释放一个光子。每次发射，黑洞都会损失一点质量(毕竟，没有免费的午餐，总有人要为宇宙中新发现的辐射买单)。最终，如果你等待足够长的时间，黑洞将完全蒸发，消失在能量发射的噗。

一个问题。霍金辐射…毫无特色。用物理学术语来说，我们说这种发射是热的，这是另一种说法，它不包含任何独特的信息。你可以坐在你自制的黑洞前，记录下每一个发射出的霍金辐射粒子的能量和动量，直到它在10100年内自行坍缩，除了这个愚蠢的事实之外，你将一无所知:黑洞确实在特定的温度下蒸发。

这是黑洞信息悖论，一个困扰了理论物理学半个多世纪的悖论，一个在量子引力未知领域找到解决方案的悖论，一个有望带来物理学新理解的解决方案:信息进入黑洞。没有信息出来。霍金辐射蒸发了黑洞。黑洞消失了。信息不能被销毁…那么所有的信息去了哪里？

霍金的推理一定有瑕疵，因为宇宙不存在悖论。当两个对立的团体无法达成妥协时，政治革命就发生了:利益和目标的悖论。当两个对立的事实找不到共同点时，科学革命就产生了:推理和演绎的悖论。

我将对你直言不讳。在写这篇文章的时候，对于黑洞信息悖论，我们还没有确定的、一致的、经过测试的、可靠的解决方案。但我们确实有一系列有趣的线索，数学面包屑似乎将我们引向某个地方，以及地平线上更具暗示性的闪光。