近日，科學(xué)家表示可能已經(jīng)破解了霍金所提出的著名“黑洞悖論”，這一謎題困擾了科學(xué)家將近半個(gè)世紀(jì)。

據(jù)了解，霍金對(duì)宇宙起源學(xué)的重要貢獻(xiàn)之一是1975年發(fā)表的黑洞輻射理論。黑洞是宇宙中質(zhì)量極大、引力極強(qiáng)的區(qū)域?；艚鹨詳?shù)學(xué)計(jì)算的方法證明黑洞會(huì)產(chǎn)生輻射，這些輻射因此得名“霍金輻射”。

但霍金曾認(rèn)為黑洞輻射不包含黑洞內(nèi)部物質(zhì)的相關(guān)信息，并且所有黑洞最終都會(huì)消亡。一旦黑洞消失，黑洞內(nèi)部物質(zhì)信息將不知所蹤。這些信息的去向之謎就構(gòu)成了所謂的“黑洞悖論”。這與量子物理學(xué)的理論背道而馳，因?yàn)楹诙蠢锏男畔⒉豢赡芫瓦@樣完全消失。

目前，英國(guó)薩塞克斯大學(xué)科學(xué)家通過兩項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，他們可能已經(jīng)通過證明黑洞具有“量子毛發(fā)”(quantum hair)特性解決了“黑洞悖論”問題。如果正確的話，這將標(biāo)志著理論物理學(xué)的重大進(jìn)步。

第一項(xiàng)研究發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)。此項(xiàng)研究中，薩塞克斯大學(xué)研究人員證明了黑洞比科學(xué)家最初想象的要復(fù)雜得多，黑洞的引力場(chǎng)包含了黑洞如何形成的信息。他們表示物質(zhì)坍縮成黑洞時(shí)，會(huì)在引力場(chǎng)中留下印記，這個(gè)印記被稱為“量子毛發(fā)”。

圖片來自《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)

在發(fā)表于《物理快報(bào)B》(Physics Letters B)的后續(xù)論文中，薩塞克斯大學(xué)數(shù)學(xué)和物理科學(xué)學(xué)院教授Xavier Calmet和密歇根州立大學(xué)教授Stephen Hsu表示，“量子毛發(fā)”可以解決霍金“黑洞悖論”。

此次，研究人員表示新發(fā)現(xiàn)的“量子毛發(fā)”在黑洞坍塌時(shí)，可以提供信息保存的機(jī)制，以此解決“黑洞悖論”問題。根據(jù)這一理論，兩個(gè)質(zhì)量和半徑相同，但內(nèi)部成分不同的黑洞，其引力場(chǎng)會(huì)有非常細(xì)微的差異。

“此前，科學(xué)界普遍認(rèn)為，解決黑洞悖論需要物理學(xué)范式上的巨大轉(zhuǎn)變，重新制定量子力學(xué)或廣義相對(duì)論?！盭avier Calmet教授說道，“但我們的研究表明，‘量子毛發(fā)’理論可以用來對(duì)黑洞進(jìn)行計(jì)算，并解釋信息是如何存儲(chǔ)的，并不需要所謂的新物理學(xué)?！?/p>

“量子毛發(fā)”理論目前無法通過天文觀測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證，因?yàn)槠湟Σ▌?dòng)幅度太小，難以測(cè)量。

倫敦帝國(guó)理工學(xué)院理論物理學(xué)家Toby Wiseman對(duì)此表示，前述研究是“一項(xiàng)很好的工作”，但他仍不相信這能夠解決“黑洞悖論”問題。他認(rèn)為，“量子毛發(fā)”理論或許可以幫助人類獲得一些關(guān)于黑洞內(nèi)部的其它信息，但無法解釋黑洞里丟失的全部信息。

關(guān)鍵詞：