霍金研究的黑洞到底是什么（霍金50年的黑洞悖论）

据最新一期《物理评论快报》杂志刊发的两篇论文，英国科学家已经解决理论物理学家霍金教授50年前首次提出的“黑洞悖论”，该悖论展示了一个令学界感到长久困扰的悬疑：一方面，由于黑洞的引力强度，没有任何东西可以离开黑洞；另一方面，在量子力学中，确实有东西被辐射出来。

霍金教授50年前提出的“黑洞悖论”终于被破解。

据报道，霍金教授的“黑洞悖论”提出，黑洞其实并非“全黑”，进入黑洞的物质在其“视界”处（event horizon）会产生一对纠缠的粒子和反粒子，一个进入黑洞，另一个逃逸，这对粒子的状态是正好相反。

可是，“黑洞悖论”将量子力学与广义相对论对立起来，因为根据后者，黑洞的引力强度足以让任何东西都不能离开。

物质在进入黑洞时会在黑洞上留下非常精细的印记，即所谓"量子毛"。

英国苏塞克斯大学的一个研究小组发现，物质在进入黑洞时会在黑洞上留下非常精细的印记，即所谓"量子毛"（quantum hair），提供了一种将量子和相对论问题联系起来的机制。这个解决方案允许黑洞视界在量子力学下保留物质的信息印记，同时也确保在相对论下"没有东西可以逃脱"黑洞引力。

在第一篇论文中，研究小组证明了黑洞比原先理解的更为复杂，它的引力场在量子水平上编码了关于它们如何形成的信息。

卡尔梅特（Xavier Calmet）教授及其同事的这一发现被称为“量子毛源自重力”理论。

卡尔梅特教授及其同事已经证明，黑洞确实有某种形式的"毛"，由引力形成。

这个有趣的名字是对物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒（John Archibald Wheeler）在20世纪60年代提出的一个想法的回应。

惠勒的“无毛理论”认为，黑洞除了总质量、自旋和电荷之外缺乏任何可观察的特征。卡尔梅特教授及其同事已经证明，黑洞确实有某种形式的"毛"，由引力形成。

科学家们已经证明，当量子引力修正被考虑在内时，坍缩到黑洞中的物质会在黑洞的引力场中留下一个印记，这就是所谓的“量子毛”。

在一篇后续论文中，卡尔梅特教授和来自密歇根州立大学的共同作者斯蒂芬·徐（Stephen Hsu）教授证明他们的"量子毛"解决了霍金的黑洞信息悖论。"量子毛"提供了信息在黑洞坍缩过程中被保存的机制，因此解决了现代科学最著名的难题之一。

论文共同作者、来自博洛尼亚大学的理论物理学教授罗伯托·卡萨迪奥（Roberto Casadio）在解释“量子毛”的发现时表示，这项研究的一个关键方面是黑洞的形成方式。

最新的研究表明，在视界后面（黑洞内部）物质的量子状态和外面的引力子的状态之间存在着错综复杂的纠缠。

黑洞是由紧凑物体坍缩形成的。根据量子理论，黑洞的内部和外部之间没有绝对的分离，在经典理论中，“视界”作为一个完美的单向膜，不会让任何东西出去。

但是，在量子理论中，坍塌并形成黑洞的物质状态继续影响外部的纠缠状态。

徐教授表示，因果视界的概念是黑洞概念的核心，在经典物理学中，位于视界后面的东西不能影响黑洞的外部。最新的研究表明，在视界后面（黑洞内部）物质的量子状态和外面的引力子的状态之间存在着错综复杂的纠缠，这种纠缠使得黑洞内部的量子信息能够“编码”在逃往无限远的霍金辐射之中。

文/南都记者 陈林