霍金“黑洞悖論”世紀謎題將解開？科學家發現“量子毛發”

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

據了解，霍金對宇宙起源學的重要貢獻之一是1975年發表的黑洞輻射理論。黑洞是宇宙中質量極大、引力極強的區域。霍金以數學計算的方法證明黑洞會產生輻射，這些輻射因此得名“霍金輻射”。

但霍金曾認為黑洞輻射不包含黑洞內部物質的相關信息，并且所有黑洞最終都會消亡。一旦黑洞消失，黑洞內部物質信息將不知所蹤。這些信息的去向之謎就構成了所謂的“黑洞悖論”。這與量子物理學的理論背道而馳，因為黑洞里的信息不可能就這樣完全消失。

目前，英國薩塞克斯大學科學家通過兩項研究發現，他們可能已經通過證明黑洞具有“量子毛發”(quantum hair)特性解決了“黑洞悖論”問題。如果正確的話，這將標志著理論物理學的重大進步。

第一項研究發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)。此項研究中，薩塞克斯大學研究人員證明了黑洞比科學家最初想象的要復雜得多，黑洞的引力場包含了黑洞如何形成的信息。他們表示物質坍縮成黑洞時，會在引力場中留下印記，這個印記被稱為“量子毛發”。

圖片來自《物理評論快報》(Physical Review Letters)

在發表于《物理快報B》(Physics Letters B)的后續論文中，薩塞克斯大學數學和物理科學學院教授Xavier Calmet和密歇根州立大學教授Stephen Hsu表示，“量子毛發”可以解決霍金“黑洞悖論”。

此次，研究人員表示新發現的“量子毛發”在黑洞坍塌時，可以提供信息保存的機制，以此解決“黑洞悖論”問題。根據這一理論，兩個質量和半徑相同，但內部成分不同的黑洞，其引力場會有非常細微的差異。

“此前，科學界普遍認為，解決黑洞悖論需要物理學范式上的巨大轉變，重新制定量子力學或廣義相對論。”Xavier Calmet教授說道，“但我們的研究表明，‘量子毛發’理論可以用來對黑洞進行計算，并解釋信息是如何存儲的，并不需要所謂的新物理學。”

“量子毛發”理論目前無法通過天文觀測進行驗證，因為其引力波動幅度太小，難以測量。

倫敦帝國理工學院理論物理學家Toby Wiseman對此表示，前述研究是“一項很好的工作”，但他仍不相信這能夠解決“黑洞悖論”問題。他認為，“量子毛發”理論或許可以幫助人類獲得一些關于黑洞內部的其它信息，但無法解釋黑洞里丟失的全部信息。

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