綜合美國《華盛頓郵報》和英國《衛(wèi)報》等媒體相關(guān)報道,本周二,著名的英國物理學(xué)家史蒂芬·霍金在瑞典首都斯德哥爾摩的瑞典皇家理工學(xué)院向一群世界頂尖的科學(xué)家以及媒體人士介紹了他的一項關(guān)于黑洞的最新理論。根據(jù)霍金的理論,或許即便你掉進了一個黑洞也不用太過擔心,因為你或許會跳進另外一個宇宙!
霍金的這項工作主要與黑洞的“信息悖論”有關(guān),這一悖論長期以來困擾著從事黑洞研究的科學(xué)家們。簡單來說,這一悖論的核心觀點就是:由于黑洞并非永恒存在,它最終會消失。這樣一來,最初形成這個黑洞的大質(zhì)量恒星所包含的信息似乎在這一過程中也就隨之消失了。然而,量子物理學(xué)原理要求信息不可丟失,因此物理學(xué)家們一般認為黑洞的消失應(yīng)該也不會造成信息的丟失才對。那么,當黑洞最終消失時,之前被黑洞吸入內(nèi)部的信息后來都去哪里了?
盡管這聽上去似乎無關(guān)緊要,但對于物理學(xué)而言卻并非如此。如果這一明顯的悖論得不到合理解釋,那么宇宙中一些最基本的物理學(xué)原理將會崩潰。在斯德哥爾摩的一場公開講座上,霍金教授暗示,如果黑洞不受量子物理學(xué)中關(guān)于信息守恒原則的限制,那么我們對于時間本身的概念也將面臨分崩離析的局面。
本周二,霍金教授解釋了他的最新理論,他指出:“我認為信息并非如此前所設(shè)想的那樣是存儲在黑洞的內(nèi)部,而是在黑洞的邊界,即所謂的事件視界上?!笔录暯缇拖駥⒑诙窗趦?nèi)的“外殼”,一旦越過這一邊界,任何物質(zhì)都將被黑洞捕獲。
根據(jù)霍金的這一理論,進入黑洞的粒子會在這一事件視界上留下少許信息。而當這些粒子通過所謂“霍金輻射”的方式再次從黑洞中出來時,就會將此前留在那里的少許信息再次攜帶出來,從而保存了信息的完整性?;艚疬M一步解釋稱:“外界進入黑洞的粒子攜帶的信息被存儲在事件視界內(nèi),而當這些信息被‘歸還’時則是以一種混亂而無序的形式。對于任何現(xiàn)實的角度而言,這些信息的確都已經(jīng)丟失了?!?/p>
在周一的一次公開演講中,霍金將這種無用信息的歸還機制類比為燒掉一本百科全書:從技術(shù)上來說,當你燒掉一本百科全書時,只要你保存了全部的灰燼,那么你就并未損失任何信息,但要想再用這本書查詢一些什么東西時就將變得極其吃力。
霍金表示,這樣的形式轉(zhuǎn)變構(gòu)成了對于最初外界粒子的某種全息圖像——關(guān)于三維物體的信息被以二維的形式存儲在一個表面上。當輻射離開黑洞時,它會帶走部分保存在事件視界上的部分信息。
諾貝爾獎獲得者吉拉德·霍夫特(Gerard t'Hooft) 參與了現(xiàn)場討論,他本人在黑洞信息悖論方面也持有與霍金類似的觀點,并且在此之前他還就這一問題發(fā)表過多篇論文。但就目前而言,還需要經(jīng)過更多的討論和數(shù)學(xué)方程的計算才能最終判斷霍金的這一最新理論在霍夫曼的理論基礎(chǔ)之上有何新的進展,或者是否霍金已經(jīng)克服了此前他人的類似研究工作中尚存在的一些難題。
而除了“全息圖”模式之外,霍金提到的另外一種可能性就是通往另外一個宇宙?;艚鹫J為這樣的可能性是存在的。他在講座中提到:“如果你發(fā)現(xiàn)自己掉進了一個黑洞,先別放棄,還是有辦法逃出去的。但這里有一個前提,那就是這個黑洞必須足夠大。而如果這個黑洞在旋轉(zhuǎn),那么它就可能擁有通往另一個宇宙的通道。但你不能再次回到我們的這個宇宙中。因此,盡管我渴望太空飛行,但我并不想去黑洞里看看?!?/p>
值得注意的是,盡管霍金的此次公開講座吸引了大批媒體記者的關(guān)注,但他遠非本周在會議期間公開發(fā)表自己在黑洞研究領(lǐng)域重大進展消息的唯一與會者。霍金和其他科學(xué)家此番參與的是由美國北卡羅來納大學(xué)以及北歐理論物理研究所共同主辦的一期黑洞研究會議。理論物理學(xué)界的一些最頂尖成員都前來參加了此次會議。與會的科學(xué)家們希望能夠最終解決一些有關(guān)黑洞運行機制方面最艱難的問題。