物理学的佯谬系列之黑洞信息佯谬

佐助

黑洞（black hole）自从被物理学家正式认可以后，就不断因为它奇特的性质引起了一个又一个佯谬，搞得宇宙学家和物理学家非常头疼。其中以史蒂芬霍金为最，而且每一次他都很开心的认为自己绝对不会错。其实他也犯过许多错误，而且都会高兴的承认了。“黑洞信息佯谬”（也称黑洞悖论）是史蒂芬霍金发动的一次“黑洞战争”，几乎所有著名的宇宙学家都加入了这场战争讨论中。（头条号：大卢讲物理）最后证明是史蒂芬霍金错了，但宇宙学家坦诚史蒂芬霍金的这一次“错误”是物理学史上最具创新的一个，它最终导致关于空间、时间和物质本质的思考模式发生深刻的变革。

最先发动这场“战争”的时间是1981年初，但这个思想于1976年产生，1976年11月，史蒂芬霍金发现了“黑洞不黑”这一惊天理论。也就是说，黑洞一旦形成之后，就开始“蒸发”，即开始向外辐射出能量，黑洞本身同时损失能量，这种辐射被称为“史蒂芬霍金辐射”。这就彻底否定了此前“黑洞无毛定理”（no hair theorem）。这里的“毛”指的是信息，黑洞无毛是说黑洞具有不可识别的特征，因为关于黑洞我们能知道的只有它的质量和自转速度（头条号：大卢讲物理）。外部观测者会失去形成黑洞以及后来落入黑洞的物质的几乎全部信息。但是，虽然外部观测者不能探知黑洞内部物质的信息，但这些信息并没有从宇宙消失，只不过隐藏在了黑洞的内部而已。
史蒂芬霍金辐射发现之后立即遇到了麻烦，由于黑洞辐射，黑洞中的物质最后将全部转化为热辐射并辐射出来，而热辐射不会带出任何信息。也就是说落入黑洞的物质的信息将从宇宙消失，信息不再守恒。但是理论物理学家大都相信“物质守恒”，坚信这一理论的基石不会被破坏。而史蒂芬霍金和索恩为代表的相对论专家则认为：信息不一定守恒。

在1976年史蒂芬霍金的一篇文章指出：黑洞辐射并不含有任何黑洞内部的信息，在黑洞损失殆尽之后，所有信息都会丢失。而根据量子力学的定律，信息是不可能被彻底抹掉的，于是与史蒂芬霍金的说法产生矛盾，这就是“黑洞信息佯谬”。史蒂芬霍金认为：黑洞的引力场过于强大，量子力学的定律并不一定适用。不过他的解释不能够让学术界信服。
1981年初，史蒂芬霍金来到旧金山，在沃纳·哎哈德的公寓顶楼里，参加哎哈德研讨会培训中心（简称EST）的会议。参加这次会议的主要有萨斯坎德、特霍夫特和史蒂芬霍金等。萨斯坎德回忆的时候说：“在沃纳的顶楼里，记忆最深的是史蒂芬霍金，他在那里投下了炸弹，发动了黑洞战争。”所谓的战争就是史蒂芬霍金再一次声称：“信息在黑洞蒸发中消失。”（头条号：大卢讲物理）而且似乎在他的计算中证明了这一观点。萨斯坎德回忆到：

···我们后来意识到：信息的丢失等同于产生熵，而产生熵意味着产生热量。史蒂芬霍金如此轻松假定的虚黑洞会在真空中产生能量。我们和另外一个同事迈克尔·佩斯金一起，在史蒂芬霍金的理论基础上作了一个估计，发现如果史蒂芬霍金是正确的，那么真空会在几分之一秒内被加热到百万亿亿亿度。虽然我们知道史蒂芬霍金的观点是错误的，但我却无法发现他推理的漏洞。

大家都不相信史蒂芬霍金的信息丢失的说法，但是一时没有人能够指出史蒂芬霍金错在什么地方。史蒂芬霍金认为黑洞不能向外释放任何信息。如果一个天体最后坍塌称为一个黑洞，那么这个星体的大量信息就从此完全丢失。如果史蒂芬霍金对了，那么大自然就有了更大的不确定性。正因为这一点，所以科学界有这样的故事：

爱因斯塔：“我不相信上帝会玩掷骰子的游戏！”

波尔：“你怎么知道上帝不掷骰子？”
史蒂芬霍金：“上帝不仅掷骰子，有时他还把骰子扔到了找不到它们的地方。”

但是，加州理工学院另一位教授普雷斯基尔在1997年2月6日提出了相反的观点，他认为黑洞可以释放隐藏在它内部的信息。为此史蒂芬霍金与索恩联合与普雷斯基尔打赌：黑洞到底能不能释放它的信息。结果史蒂芬霍金输了，7月21日，史蒂芬霍金正式认输，承认：“上帝没有把骰子掷到我们看不见的地方。”到193年，大约有100人参加的圣芭芭拉会议上，大家认为黑洞佯谬有四种可能并投票：1、史蒂芬霍金选项：信心掉进黑洞后便不能挽回的丢失了（25票）；2、特霍夫特和萨斯坎德选项：信息在史蒂芬霍金辐射中的光子和其他粒子中（39票）；3、信息被束缚在微小的普朗克尺度的残留物中（7票）；4、其他（6票）。

2004年7月在爱尔兰都柏林的国际广义相对论与引力会议在那儿召开第17届会议（GR17），史蒂芬霍金宣布：“我的看法改变了。我的最新研究终于解决了我自己的佯谬：不管如何，信息似乎确实从黑洞里渗出。我想我已经解决了理论物理学的一个大问题。自我30年前发现黑洞辐射以来，它一直困扰着我。”
那么史蒂芬霍金的新理论是什么样的理论呢？作者也看不懂，涉及到引力量子化，真空极化等非常深奥的理论和计算。而且据说史蒂芬霍金本人也讲的含含糊糊的。（头条号：大卢讲物理）不少物理学家都谨慎的认为，史蒂芬霍金可能会提出一些令人兴奋的想法，但对年逾花甲的史蒂芬霍金能否彻底解决黑洞信息佯谬这个非常复杂的问题，他们大都表示怀疑。因为要根本的解决这个问题首先要解决“引力量子化”的问题。这是因为与黑洞信息佯谬密切相关的是：黑洞蒸发的最终结局。当黑洞半径收缩到普朗克长度的量级时，时空几何自身的量子涨落变得重要起来，只有量子引力理论才能揭示黑洞的最后命运。
引力量子化将是21世纪物理学中最大的难题之一，尽管许多物理学家在为此绞尽脑汁和发挥最离奇的想象力，但没有人知道什么时候才能够解决引力量子化的问题。因此可以说：信息佯谬是一个还没有最终得到结果的佯谬。

题外话：写到这，物理学的佯谬系列也要告一段落了，作者在收集和查阅资料的时候自己也学到了很多，写东西是一个相互促进的过程，有人爱看让我觉得很开心。不过请抄袭的朋友自重，写作不易，请支持原创。谢谢

漫随

很好，也许会有解释的探索到吧。前行中。谢谢。

山东老妖

仼何旋转的气体或流体，中心部份物质的凝聚引力不足以和离心力抗衡，都将被甩出中心区域而形成一个空洞。星系中心也然。家里的甩干机才多大点速度。所谓星系中心的黑洞，是一个超低质量，超低引力的空洞，只有能量。仼何落入黑洞的物质，都会被旋转星系的引力带动而旋转，不断加速，最终被甩出黑洞。我们的太阳，如果是气体或液体星球，中心必定是空洞。月球如果是热流质泠却下来的，必定是空心的。超新星爆发后，中心部份的炽热物质必定会旋转的星体的离心力甩出而形成一个极低质量和极低引力的黑洞。超大质量的两黑洞相撞，应该是迅速合成新的黑洞。而两个极低质量黑洞相撞时，跌入黑洞中的物质不断被加速抛出，所以这样的黑洞相撞，是一个较长的过程才能合二而一。

漫随

史蒂芬霍金对黑洞的功能描述基本上是对的，但黑洞创生及其演化理论是错的，其根源在引力塌缩。

山东老妖

如果，只是如果，在黑洞那种极端情况下，信息都不会消失，那我们死后，信息会去哪里？