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在現(xiàn)代物理學(xué)和天文學(xué)中，如果說有一項奠基的理論，那么無疑就是愛因斯坦的廣義相對論。1915年，偉大的物理學(xué)家愛因斯坦，在之前提出的狹義相對論基礎(chǔ)上，又進(jìn)一步提出了廣義相對論，以引力場方程和測地線方程兩個基礎(chǔ)方程，深刻描述了宇宙物質(zhì)引力間的相互作用效果，用一句最簡單的話來說，其核心思想就是宇宙中任何有質(zhì)量的物體，都能引發(fā)周圍時空的彎曲，物體在彎曲的時空里繼續(xù)做它們的“慣性運動”。

黑洞的輻射

廣義相對論的提出，很好地印證了科學(xué)家們在宇宙觀測中所發(fā)現(xiàn)的許多現(xiàn)象，一些疑難問題也迎刃而解，特別是愛因斯坦根據(jù)廣義相對論，作出的關(guān)于黑洞、引力波等的預(yù)測，完全開拓了人們的視野，一度還被認(rèn)為不可能出現(xiàn)的宇宙現(xiàn)象，后來也一一被實驗和觀測所證實。目前，還沒有哪一種宇宙中的觀測和發(fā)現(xiàn)情形，與廣義相對論相違背，廣義相對論對現(xiàn)代物理學(xué)和天文學(xué)的指導(dǎo)性和重大意義，不言而喻。

提到廣義相對論，就不得不提宇宙中最為極端的天體-黑洞。按照廣義相對論，宇宙中勢必存在著這樣的天體，那就是它的密度非常之大，質(zhì)量非常之高，以至于它對周圍的時空有著非常大的彎曲效應(yīng)，就連宇宙中速度最快的光線也無法從中逃逸，就像一個漆黑的無底洞一樣，因此天文學(xué)家將其命名為“黑洞”，這種天體形態(tài)，是根據(jù)廣義相對論推導(dǎo)出來的。宇宙中的任何物體，只要靠近黑洞到一定界限之內(nèi)，那么就會在強(qiáng)大的引力作用下，一直向黑洞的中心墜落，也相當(dāng)于黑洞把靠近過來的天體都吞噬了一般。

科學(xué)家們按照上面的推測邏輯，自然而然地會產(chǎn)生一個問題，那就是被黑洞吞噬的物質(zhì)去哪了？有一些科學(xué)家認(rèn)為，宇宙中存在著一種與黑洞截然相反的天體-白洞，物質(zhì)只出不進(jìn)。但是，白洞目前只是純粹的猜測，根本沒有任何的觀測證據(jù)。還有一些科學(xué)家認(rèn)為，被黑洞吞噬的物體，就存在于黑洞的內(nèi)部，以一種亞原子的形態(tài)存在。在相當(dāng)長的時間里，后面一種猜測占據(jù)了主流，認(rèn)為黑洞就像中國神話傳說中的貔貅一樣，只吃不吐。

1974年，上述關(guān)于黑洞特性的這種主流觀點，被一個人提出了質(zhì)疑，這個人就是偉大的科學(xué)家霍金，它通過大量的觀測以及理論推導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)了黑洞并非完全只進(jìn)不出，而是每時每刻也在向外釋放著能量，這一發(fā)現(xiàn)立即轟動了整個世界。

霍金根據(jù)海森堡測不準(zhǔn)原理，認(rèn)為黑洞周圍的空間中，會產(chǎn)生由黑洞本身固有的能量而產(chǎn)生的粒子和反粒子對，受黑洞巨大引力作用下，其中一個粒子被黑洞吸收，從而加速墜落到黑洞的奇點，而另外一個粒子則會做出相反的運動，被噴射到宇宙空間之中。如果從黑洞的整體來看，黑洞的能量（質(zhì)量）也會發(fā)生流失，通過輻射的方式釋放到外圍空間中。這種現(xiàn)象后來被稱為“霍金輻射”。

黑洞信息悖論

然而，當(dāng)霍金提出這個猜想之后，雖然從理論上看沒什么問題，但是卻引出了另外一個矛盾點，那就是，黑洞的質(zhì)量可以通過輻射的形式散發(fā)出去，那么信息呢？也就是說，黑洞從質(zhì)量上看，是存在著壽命的，也有壽終正寢的時候，那么，黑洞和它所包含的所有量子信息，在黑洞消失以后，也隨著消失了嗎？如果沒有消失，那么量子信息到底去哪里了？

霍金在提出“霍金輻射”理論以后，關(guān)于信息問題，他認(rèn)為，任何物體在被黑洞吞噬并且進(jìn)入到黑洞內(nèi)部之時，物體所包含的所有信息就已經(jīng)徹底消失了。但是，物理學(xué)家普瑞斯基爾則認(rèn)為，物質(zhì)的信息不會無緣無故地消失，在一個地方消失后必然會在另外一個地方重現(xiàn)。

在2004年的時候，霍金通過自己的研究，發(fā)現(xiàn)被黑洞吞噬的物質(zhì)信息，與自己原來猜想的并不一致，而是會保留一部分從黑洞中釋放出來。至此，霍金基于自己提出的“霍金輻射”理論而猜測出的“黑洞信息消失說”，完全被自己給否定了，相當(dāng)于承認(rèn)了自己的失敗，轉(zhuǎn)而支持宇宙信息守恒的觀點。

至于黑洞信息悖論產(chǎn)生的原因，我們可以認(rèn)為黑洞從本質(zhì)上是跨越了兩大領(lǐng)域，一個是宏觀層面的廣義相對論規(guī)則，這個是巨大的時空；另一個是微觀層觀的量子領(lǐng)域，黑洞的質(zhì)量坍縮到了一個無限小的點上。因此，黑洞信息悖論的產(chǎn)生根源，是相對論和量子理論之間無法統(tǒng)一在宇宙中的一個體現(xiàn)而已。幾十年來，許許多多的物理學(xué)家們，都試圖把對黑洞的相關(guān)描述與量子力學(xué)協(xié)調(diào)起來。

解決黑洞信息悖論的猜想

早在2016年，霍金提出了黑洞“絨毛層”的概念，認(rèn)為在黑洞中，存在著一個由光子和引力子所構(gòu)成的部分，這個部分可以拿來存儲物質(zhì)的熵，也就是說黑洞存儲所吞噬物質(zhì)信息的區(qū)域，就是這個黑洞的“絨毛層”，至此，黑洞被越來越多的科學(xué)家稱為“毛球”。

隨著量子力學(xué)的發(fā)展，一些科學(xué)家將“毛球”理論進(jìn)行了有針對性的闡釋，黑洞的“絨毛層”實際上是黑洞事件視界二維表面能夠保存量子信息的區(qū)域，按照弦理論引申開來，黑洞的質(zhì)量實際上并未完全集中在中心，黑洞的引力試圖將所有質(zhì)量都擠壓到一點，但是進(jìn)入其中的粒子被拉伸成為了“弦”，然后開始拉伸和擴(kuò)張，最后膨脹形成填滿整個黑洞的“毛球”。

以上這種量子力學(xué)的解釋，實際上是一種“模糊球”理論，它摒棄了傳統(tǒng)的黑洞事件視界和奇點的概念，允許黑洞消耗的信息作為一個凌亂的弦球分布在整個區(qū)域。由于擺脫了事件視界，因此落入黑洞的物質(zhì)和粒子（包括反粒子），不會導(dǎo)致信息破壞，只能會不斷壯大“模糊球”的力量。落入黑洞并“存儲”的信息，需要很長的時間才能從黑洞中出來，而正因為黑洞的不可觀測性，我們目前還無法得知信息在黑洞中的轉(zhuǎn)化和傳遞，按照“毛球”或者“模糊球”理論，信息就擺在那里，只是我們不得而知。

不知道當(dāng)年自己承認(rèn)失敗的霍金，如果能看到現(xiàn)在應(yīng)用量子力學(xué)的解釋，會作何感想？不可否認(rèn)的是，從整體上來看，黑洞信息悖論現(xiàn)在仍然尚未完全被解決，無論是“絨毛層”還是“模糊球”，都只是猜測而已，在非常長的時間里，甚至最終我們?nèi)祟愐矡o法證實。

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