霍金拓展黑洞新理論：逃離黑洞的關鍵是“軟毛發”

晨風

如果有一天你不幸被困在了一個黑洞內，你該怎么辦？不用擔心，或許你還是有機會逃離的。

就在去年，世界著名的物理學家史蒂芬·霍金教授提出，黑洞可能并非如很多人所設想的那樣是一個“終極牢獄”，實際上數據仍然是能夠從黑洞深淵中逃離的。

現在，在一篇經過同行評審的最新論文中，這名已經74歲高齡的學者將他此前的理論做了進一步的拓展，確認逃離黑洞的關鍵便是存在于黑洞事件視界附近的零能量粒子，或者叫做“軟毛發”（soft hair）。

這篇論文對人們原先的認識，即落入黑洞的物質將永遠消失的觀點提出了挑戰，并讓我們更進一步加深對于黑洞本質的了解，后者是宇宙中最神秘的天體之一。

尤其需要強調的是，霍金表示他發現了一種信息能夠借以逃離黑洞的機制。

在今年1月份，霍金引發了媒體關注，當時他宣稱自己可能找到了一種解決所謂“信息悖論”的方法。他提出了一種潛在的可能機制，能夠讓黑洞在“消滅”信息的同時保存信息。但當時他的文章還尚未經過同行評議過程，因此還不能算是正式發表。

而現在，這篇文章已經正式經過了同行評議并在《物理評論快報》（PRL）上刊載。根據紐約時報的報道，在哈佛大學舉行的一次講座中，霍金教授表示：“黑洞并非宇宙中的終極煉獄，就像它們此前被認為的那樣。因此，如果你發現自己被困在了黑洞內部，不要放棄，還是有機會出去的。”

在上世紀70年代，霍金提出黑洞會向外輻射粒子，并且在這一過程中黑洞將逐漸損失能量并不斷收縮，最終消失。去年，霍金對這一理論進行了修正，提出黑洞實際上更確切地應該被稱為“灰洞”。灰洞理論允許物質和能量在被束縛一段時間之后重新釋放回宇宙。

然而該理論中涉及信息重新釋放的理論此前并未能被很好地理解，而這一最新的論文對該理論進行了拓展和解釋。

該理論認為存在于黑洞邊界—即所謂“事件視界”附近的粒子由光子和引力子組成，它們分別是構成光與重力能的亞原子粒子。這些能量非常低，甚至是零能量的量子在黑洞邊界附近積累，它們能夠捕捉并儲存從落入黑洞的粒子中提取的信息。

這一機制意味著，盡管落入黑洞的物質可能的確消失了，但它們所包含的信息將繼續在黑洞邊界附近游蕩，并由這些構成所謂黑洞“軟毛發”的量子保存著。

霍金將這種信息的返還機制比作一本百科全書的焚毀過程。在那樣的情況下，百科全書本身的確被焚毀了，但它所包含的信息其實并未真正丟失，只是變得幾乎無法解讀。

研究人員對此研究評論認為，盡管還需要更多的后續研究，但這的確是通往解決“信息悖論”道路上的重要步驟，該悖論長期以來困擾著包括霍金在內的黑洞研究人員。

在今年年初接受《科學美國人》雜志專訪時，霍金的這項研究的主要合作者，哈佛大學理論物理學家安德魯·斯特明格（Andrew Strominger）教授曾經指出：“我們的研究表明，當一個粒子進入黑洞時，它會為黑洞增添一個軟光子。也就是為黑洞增加了‘毛發。而從更加通俗的角度來說，因為所有粒子都帶有質量并且與引力場之間存在相互作用，因此它們幾乎總是會為黑洞增添‘毛發。那類似于一種記錄設備。”他說：“這些軟光子和引力子將記錄下進入黑洞的粒子的信息。這種機制能夠記錄下遠比我們此前設想的多得多的信息。”

加州大學圣巴巴拉分校的物理學家格雷·霍洛維茨（Gary Horowitz）表示：“需要指出的是，這篇論文并未解決黑洞信息悖論。首先，相關分析必須能夠在引力場尺度上得到重復，而非僅僅是電磁場尺度上。目前相關作者正致力于這方面的工作，初步計算顯示純引力狀況可能與電磁場的狀況非常相似。但更重要的是，他們所提出的黑洞軟毛發機制可能并不足以捕捉所有進入黑洞的粒子留下的信息。”

他表示，目前還無法確認是否所有被黑洞吞噬的信息都確實能夠被轉化為軟毛發，抑或這些只不過是所有因為被黑洞吞噬而消失的物質產生的信號。但他也承認：“當然也有可能的是，隨著這項工作的進一步深入進行，將會揭示這種‘毛發的更多本質，并有可能最終解決信息悖論問題。”