8月31日报道 美国《大众机械》月刊网站8月9日刊登题为《解决霍金悖论：当黑洞死亡时发生了什么？》的文章，作者是罗伯特·利亚。全文摘编如下：
斯蒂芬·霍金认为，黑洞会散发出某种形式的辐射，这会导致黑洞逐渐衰弱，并最终在一次大爆炸中结束生命。这可以说是霍金一生最重要的科学贡献。
这种辐射后来被称为“霍金辐射”，它在不经意间成为广义相对论和量子物理的一个矛盾点。广义相对论是对万有引力和宇宙万物在宏观层面的最佳描述，而量子物理是研究微观世界结构最有力的物理学模型。
这两种理论自20世纪初问世以来，不断得到人们的证实。然而，令人沮丧的是，它们之间却存在矛盾之处。
这种矛盾性主要源于“量子引力”理论的缺失。20世纪70年代中期，霍金把量子物理学原理运用到黑洞边缘，让这个问题变得更加复杂。一个悖论就此诞生，物理学家50年来一直致力于解决这个悖论。
《欧洲物理学通讯》上月发表的一篇研究文章，可能让我们终于接近问题的答案。英国萨塞克斯大学物理学家泽维尔·卡尔梅特和斯蒂芬·徐（音）详细阐述了霍金悖论以及解决这一宇宙学问题的潜在办法。
霍金辐射引发争议？
1974年，年轻的霍金在英国《自然》周刊发表了题为《黑洞在爆炸吗？》的文章。他在文章中提出，量子效应（通常在黑洞物理学研究中被忽视）在黑洞质量衰减的过程中可能起到举足轻重的作用。
黑洞是质量极大的恒星在核融合反应的燃料耗尽而死亡时形成的。聚变一旦结束，原本支撑着恒星抵抗引力作用而不发生坍塌的向外压力就不复存在。
这会导致核心坍缩，最终形成时空无限扭曲的一个点——即物理学目前无法解释的奇点。如此巨大的时空曲率不允许任何东西，甚至光，从黑洞“事件视界”逃逸。
卡尔梅特说：“霍金研究了黑洞事件视界附近的量子效应，意识到这里会自发产生成对的粒子。他通过一对特殊粒子可以证明，这对粒子中的一个在黑洞视界被制造出来之后就坠入黑洞，再也看不到了。另一个却会逃逸，理论上是可以从外部观察到的。这就是著名的‘霍金辐射’。”
这些所谓的“虚粒子”是以正负电荷的形式出现的，以遵守能量守恒定律，即能量既不会凭空产生，也不会凭空消失。就像银行一样，这个宇宙真空也有透支设施，但这种债务通常会很快就被相互湮灭的粒子所偿还。
如果一个粒子以霍金辐射的形式逃逸，并避免湮灭，那么它留下的能量债务就必须由黑洞的质量来偿还。随着越来越多的粒子出现和霍金辐射的释放，黑洞会逐渐蒸发，从而消耗更多的质量。
卡尔梅特说：“霍金辐射是热辐射，而热辐射基本上是无特征的。这意味着它无法携带发射者的信息。这对黑洞来说是一个严重的问题。”
他指出，霍金的计算意味着，进入黑洞的信息会随着黑洞的蒸发而毁灭。
他说：“如果真是这样，这对物理学来说就成为一个问题，因为量子力学的一个关键特性是‘幺正性’，即任何过程都可以时间反演，就像倒放电影一样。换言之，从对黑洞所释放的辐射的观测来看，量子力学告诉我们，我们可以重建黑洞的所有历史，以及它所经历的一切。如果霍金是对的，我们就需要承认，一项被广泛接受的物理学理论是错误的。要么我们需要修改量子力学，要么需要修改爱因斯坦的广义相对论。”
霍金悖论如何解决？
幸运的是，就在今年，物理学家提出了一个利用现有理论解决霍金悖论的想法。
尽管黑洞是一种强大而神秘的时空现象，但它很容易描述。这是因为它们只有三种我们确信的特性：质量、角动量和电荷。理论物理学家约翰·惠勒将其总结为黑洞“无毛定理”。
卡尔梅特和徐表示，被吞噬物质携带的信息可能会被编码到黑洞的引力场中。他们已经证明，当量子引力修正被考虑在内时，前身恒星中的物质会在黑洞的引力场中留下印记，这就是所谓的“量子毛发”。
卡尔梅特解释说：“当这颗恒星坍缩成为黑洞时，修正会保留下来，因此，黑洞是有量子毛发的。也就是说，黑洞对其前身恒星有着一定的量子记忆。”
他们随后指出，霍金辐射本质上并不完全是热辐射。相反，他们认为它具有信息量子毛发编码。
卡尔梅特说：“热量的微小差异足以解释，黑洞中的信息如何仍可供外部观察者访问。这足以支持幺正性，因此不存在悖论。”
