科学家认为“量子毛发”可以解决霍金的黑洞悖论

如果正确的话，这将标志着理论物理学的一个重大进步。

领导这项工作的萨塞克斯大学的Xavier Calmet教授说，在对这个问题背后的数学进行了十年的研究之后，他的团队在去年取得了快速的进展，这让他们相信他们终于破解了这个问题。

Calmet说：“科学界普遍认为，解决这一悖论将需要物理学的巨大范式转变，迫使量子力学或广义相对论的潜在重构。我们所发现的--我认为是特别令人兴奋的--是这是没有必要的。”

霍金悖论归结为以下几点：量子物理学的规则指出，信息是守恒的。黑洞对这一规律提出了挑战，因为一旦一个天体进入黑洞，它基本上就永远消失了--连同其中编码的任何信息。霍金发现了这个悖论，几十年来，它一直困惑着科学家。

人们提出了无数的解决方案，包括“防火墙悖论”，其中假定信息在进入黑洞之前就被烧毁；“模糊球理论”，其中认为黑洞有不明确的边界；以及弦理论的各种奇特分支。但这些建议大多需要重写量子力学或爱因斯坦的引力理论的定律，这是现代物理学的两大支柱。

相比之下，量子发散定理声称通过使用新的数学公式弥合广义相对论和量子力学之间的差距来解决这个悖论。

这个名字是对基于经典物理学的观点的赞成，即黑洞可以被视为令人惊讶的简单天体，只由其质量和旋转速度来定义。自20世纪70年代以来，对光秃秃、没有特征的黑洞的预测被称为“无毛定理”。

Calmet和他的合作者认为黑洞更加复杂--或者说“有毛”。他们认为，当物质坍缩到黑洞中时，会在其引力场中留下一个微弱的印记。这种印记被称为“量子毛发”，作者说，它将提供信息在黑洞坍缩期间被保存的机制。根据这一理论，两个质量和半径相同，但内部组成不同的黑洞，其引力场会有非常微妙的差异。

“我们的解决方案不需要任何猜测性的想法；相反，我们的研究表明，这两种理论可以用来对黑洞进行一致的计算，并解释信息是如何存储的，而不需要激进的新物理学，”Calmet说。

没有明显的方法可以通过天文观测来测试该理论--引力波动将太过微小而无法测量。但是，该理论可能会受到理论界的有力审查。

伦敦帝国理工学院的理论物理学家Toby Wiseman教授将这篇论文描述为 “一项很好的工作”，但他仍然不相信它解决了几十年的悖论。

他说，至关重要的是，这篇论文表明有可能获得关于黑洞内部的一些额外信息--但并没有表明这一现象可以解释明显丢失的全部信息。他说：“他们没有表明这一点，这就是悖论的关键所在。”

他表示：“我的感觉是，要真正解决这个悖论，你必须充分理解量子力学和引力是如何结合在一起的。他们正在研究小的修正，但不是两者的完全结合。”

Calmet表示：“当你有一个大的主张，你必须支持它。人们需要一些时间来完全接受这一点。这个悖论已经存在了很长时间，在世界各地都有非常有名的人，他们多年来一直在研究这个问题。”

这项工作发表在《物理评论快报》杂志上。