霍金生前的最后一篇论文发布了:关于黑洞信息悖论

史蒂芬·霍金参与的最后一篇论文已经被物理学家们发布在预印版论文平台 arXiv 上。在这篇题为《Black Hole Entropy and Soft Hair》的论文中,霍金与其他一些学者共同探讨了自己毕生研究的方向:当物体落入黑洞时信息将何去何从。

今年 3 月 14 日,霍金去世,享年 76 岁,但他的聪明才智对科学社区的贡献却仍未停止。作为一位备受尊敬的物理学家,霍金的最后一篇论文如今已在网上公开,这篇论文再次讨论了神秘的物理世界。

该论文名为《Black Hole Entropy and Soft Hair》,共同作者是霍金的合作伙伴 Sasha Haco、Malcolm Perry 和 Andrew Strominger,试图解决理论物理学家们称之为「信息悖论」的问题,它是于霍金三月去世前几天完成的。这篇论文目前可以从预印版论文平台 arXiv 上免费获得,其中还包含对霍金深深的敬意:

「失去这位可爱的朋友与伙伴,我们深感悲痛,他对黑洞物理学的贡献一直激励着我们,直到生命的尽头。」

这篇论文是对霍金职业生涯的一种收尾,收集了他关于黑洞量子结构最后的一些研究成果——霍金在过去 40 年里一直在研究这个主题。

霍金的最后一篇论文探索了物理学界悬而未决的最大问题之一。他首先提出了一个问题:落入黑洞的物质真的会消失吗?根据物理学定律应该不可能消失。这一悖论令人困惑,因为它将引起量子力学与广义相对论的对立。

在这篇论文中,霍金及其合著者提出,一种叫做「软毛发」(soft hair)的东西可以解决张力问题。「毛发」指的是视界(黑洞的边界)上的光子。在视界的「软毛发」区域会储存落入黑洞的物质的有关信息。这意味着这些物质的信息其实并没有从宇宙中消失,而是看起来像是消失在明显的视界之外。

「这是研究历程中的一步,但绝不是完整的答案,」该论文的共同作者 Malcolm Perry 告诉《卫报》。「在此之后,我们面前的未解之谜变少了,但还有一些令人困惑的问题需要解决,我们仍然没有足够的技术来验证斯蒂芬·霍金的伟大思想。」

这一难题的起源可以追溯到爱因斯坦。1915 年,爱因斯坦提出广义相对论,解释重力如何从物质的时空弯曲效应中产生,以及行星为何围绕太阳旋转。但是爱因斯坦的理论也对黑洞做出了重要预测,尤其重要的一点是黑洞可以完全由三个特征来定义:质量、电荷和角动量

将近 60 年后,霍金加入了这项研究。他认为黑洞也有温度。因为热的物体将热量散失到太空中,黑洞的最终命运是从宇宙中蒸发,不复存在。但是这带来了一个问题。根据量子世界的定律,信息永远不会消失。那么,当一个物体坠入黑洞时,它所包含的所有信息——例如一个卫星原子的性质——将何去何从?

「问题是,如果你把东西扔进黑洞里,它看起来好像消失了一样,」Perry 说道,「如果黑洞消失了,那扔进黑洞里的物体的信息要怎么恢复?」

在这最后一篇论文中,霍金及其同事展示了有些信息如何被保存下来。把一个物体扔进黑洞,黑洞的温度会因此而改变。一种叫做熵(用来测量物体内部无序程度的指标)的特性也会如此。温度越高,熵就越高。

在霍金去世的前几天,Perry 与 Strominger 一同在哈佛大学撰写这篇论文。他们对于霍金当时的病情并不了解,并通过可视电话通知这位物理学家有关论文内容的更新。这可能是霍金生前最后一次学术交流。「当时的霍金很难与人沟通,我打开了扬声器,解释了研究的进展。当我解释完之后,他给了我们一个巨大的微笑。我告诉他我们的研究已经有了一些进展,他知道最后的结果。」Perry 表示。

论文:Black Hole Entropy and Soft Hair

论文链接:http://politis.com.cy/editor_images/10-2018/meleti_hawking.pdf


参考内容:

https://techcrunch.com/2018/10/12/stephen-hawking-final-paper-black-holes-soft-hair/

https://www.theguardian.com/science/2018/oct/10/stephen-hawkings-final-scientific-paper-released

理论斯蒂芬·霍金
2
暂无评论
暂无评论~