史蒂芬·霍金:黑洞中有「毛髮」

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史蒂芬·霍金以及其他物理學家發表了一項最新假說指出,黑洞可能有著一頭豪華卻如鬼魅般的「毛髮」,而且它們是零能量的粒子。

這份新的報告於一月五日在preprint journal arXiv刊登上線,並提出最新看法表示,至少有一些被黑洞所吞噬的訊息就儲存在這些電性毛髮中。

然而,此最新提案並不能證明所有進入黑洞的訊息都是被完整地保存

黑洞

1960年代,物理學家約翰·惠勒(John Wheeler)及其同事們曾提出黑洞「無毛」理論,暗指黑洞的所有特質已完全被剝奪殆盡。在惠勒的構想當中,所有的黑洞除了它們的自旋、角動量、質量之外,都是一樣的。

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接著1970年代,史蒂芬·霍金提出現在稱為霍金輻射(Hawking radiation)的構想,在這個構想中,所有黑洞都會以幽靈般的量子粒子型態將其質量「流洩」出來,並且隨著時間消逝而去。而根據霍金輻射理論,所有黑洞最終將蒸發掉,留下一個獨一無二的真空。
Strominger表示,根據最初的理論,這些被黑洞留下的真空將會完全一樣,因此無法儲存有關之前使它們形成的物體訊息。

所有自黑洞發射出來霍金輻射都是隨機的,而這也意味著黑洞將隨著時間過去而流失訊息,因此人們將無法對這個形成黑洞的天體有更多的了解。然而這個構想也創造了一個悖論,因為在最小的規模層面上,物理定律是完全可以逆轉的,也就是說過去存在的訊息就理論上而言,是可以復原的。近年來,霍金摒棄這種訊息會流失的理論,轉而承認黑洞確實是可以儲存訊息。

黑洞「雪花」

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過去幾年,Strominger廢除這些理論中的一部分。首先,他問到,如果你在黑洞蒸發之後所留下的真空中加了一個「軟」光子,或者加了沒有能量的光粒子,那麼會發生甚麼呢?

Strominger表示,儘管大多數人沒有聽過軟光子,但這種粒子卻是普遍存在於各處。(其他稱作是軟引力子的粒子假設是傳遞重力的量子粒子,雖然它們從未被偵測到,但大多數物理學家相信,這些粒子是存在的而且為數眾多。)

Strominger說道:「每一次在大型強子對撞機(Large Hadron Collider)中的碰撞都會產生無數的軟光子和軟引力子。而我們一直都在它們之中游泳著。」

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在經過方程式的計算之後,他和兩位劍橋大學的物理學家霍金及Malcolm Perry,發現黑洞真空中仍存有相同的能量,只是在加了軟光子之後,角動量會不同。而這也就是說,黑洞蒸發之後的真空狀態就如天上的雪花一般,而其各自的特點則取決於它的起源與過去歷史。

Strominger表示:「它絕非簡單,普通的東西,它像是一個大型硬碟,本來就能夠無限量的儲存以零能量的光子和引力子形式存在的訊息。」

這份新的傑作是霍金在2014年時提出的一個短篇報告的延伸,在其中提出了爭議,認為在事件視界或者在物體靠近黑洞並將永遠被吞噬於其中之前的那個點,已不再是固定不變的範圍。在新的報告中假定,在黑洞的事件視界周邊圍著由軟光子和引力子形成的毛髮。

資訊悖論立足

Strominger說道,問題是訊息已經「極度地雜亂無章」,因此要把資訊從黑洞中找回來,就像是有人把東西丟到營火堆中,又想在燃燒殆盡之後,把東西再找出來一樣。他補充道,這個新的理論等同於是,黑洞要透過煙和火找出那些原來被燃燒殆盡的東西的特質。

加州理工學院物理學家Aidan Chatwin-Davies(並未參與此研究)表示:「對於訊息消失與否的問題,這並不是最後的答案,但它似乎是向對的方向邁出了腳步。」

他說道,黑洞中有些訊息可能存在那由軟光子和引力子的光環毛髮之中,但也不是所有都一定要存在那兒。

Chatwin-Davies表示:「如果有任何新的發現,它都會提供我們不斷向前邁進的新觀念,讓我們思考有什麼是有利的證明,協助我們了解黑洞以及它們是如何把訊息轉譯成密碼。」

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來源: Space.com