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斯蒂芬霍金从未回答过他“最有趣”的科学问题

大麦哲伦云前面黑洞的模拟视图。Alain R.| Wikimedia Commons)“KDSP”斯蒂芬·霍金今天(3月14日)去世,留下了作为天体物理学家、科学传播者、活动家和流行文化崇拜者的大量工作遗产。在他去世的那天,他提出了一个问题,并一直研究到他生命的最后几年,这个问题仍然没有答案:信息真的会丢失给宇宙吗

霍金最著名的论文“黑洞爆炸?44年前的1974年出版的《黑洞的概念》一书,彻底颠覆了物理学家以前对黑洞的理解。这是霍金在这个基本问题上的第一次尝试。

经典地说,黑洞应该是“完全冷”的,因为它吸收了所有的东西,却什么也没有发出。这就是20世纪70年代早期人们对它们的理解,”芝加哥洛约拉大学的物理学家罗伯特·麦克尼斯(Robert McNees)在一封电子邮件中写道。[史蒂芬·霍金关于人类、外星人和女人最有趣的引述]

这样的黑洞不会辐射出任何能量,任何物质都无法从中逃逸。它只是……存在,寒冷,沉默,永恒。霍金的论文使黑洞活了下来,而且可能是致命的。

“当斯蒂芬在70年代中期考虑量子力学效应时,他发现黑洞在原理上应该像有温度的热物体一样辐射,”麦克尼斯告诉《生活科学》如果它们辐射能量,那么它们的质量就会降低。他发现,当它们收缩时,它们的温度会上升,辐射速度会更快。

也许最终,黑洞会完全消失,或者收缩成一个小核子。在一个强大的“量子引力”理论(物理学家称之为“万物理论”)中,如果没有完全调和相对论和量子力学,黑洞蒸发的最后阶段仍然是个谜。

“问题是,根据他的计算,辐射是完全热的。它不保留任何关于形成黑洞的物质状态的信息,这将违反量子力学的基本规则,”麦克尼斯写道,

量子物理学要求,原则上,每一个粒子的整个未来和过去都应该能够通过一系列的链结来计算和连接,因果,概率事件。但是如果一个黑洞释放出一个未分化的粒子汤,其中的信息——它们的历史——不可恢复地被抹去,那么这个要求就从根本上被打破了。[史蒂芬·霍金关于黑洞的最远见卓识]

“[物理学家称之为]黑洞信息悖论,自从它第一次被阐明以来,解决它的尝试已经驱动了量子引力中的许多工作,”麦克尼斯写道,

霍金到1974年已经是一位有成就的物理学家。许多简短的传记暗示,在他1988出版的科普书《时间简史》之后,他最重要的科学著作就在他身后。但霍金直到最近十年才继续发表有意义和有争议的科学论文,与他几十年前提出的自相矛盾的论点相矛盾,《霍金》中最引人注目的后期职业论文霍金写道,他们所理解的黑洞根本就不存在。《2014世纪黑洞的信息保存和天气预报》中的“黑”,“他”在他发表的文章中指出,“事件视界”。黑洞周围,甚至光无法逃脱的点,也不存在。相反,他写道,有一个“明显”的视界,被捕获的光可以逐渐消失,让光逃逸。

“没有视界的事件意味着没有黑洞-在某种意义上,光不能逃逸到无限远,霍金写道:

他还提出了一些基本的概念问题,物理学家认为这些问题与黑洞的一些特征有关,比如“火烧“在他们的边界附近,破坏了试图进入的观察者。”

不是霍金对科学的最后一句话。就在2016年,霍金与剑桥大学物理学家佩里(Malcolm Perry)和哈佛大学物理学家斯特明格(Andrew Strominger)发表了一篇题为“黑洞上的软毛”的论文。研究小组认为,黑洞周围是“软”或零能量粒子,他们称之为头发。他们写道,这些毛发将黑洞发射的粒子丢失的信息存储在黑洞边界区域以外的“全息板”上。因此,这些信息虽然被替换,但从未真正丢失。

“全息板的完整描述和信息悖论的解决仍然是一个公开的挑战,我们已经提出了新的和具体的工具来解决,”他们写道。

甚至在他生命的末期,霍金仍然是一位工作科学家,他提出了一些有助于提高自己研究领域的观点,但遭到了同事们的反对。

“我的印象是,2014年的论文并没有被广泛接受。另一方面,与佩里和斯特罗明格合作的2016年的论文是人们仍在积极努力的方向,”麦克尼斯写道,

“黑洞信息悖论一直是研究量子引力的人们的定义性问题之一。而且,由于还没有答案,我认为这仍然是霍金提出的最有趣的问题

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