霍金最后一篇论文发表:这是他40多年的工作重点!

黑洞

据英国《卫报》消息,霍金生前最后一篇科学论文《黑洞的熵与柔软的头发》已被其与之共事的剑桥大学理论物理学教授马尔科姆·佩里(Malcolm Perry)和哈佛大学教授安德鲁·斯特鲁明格(Andrew Strominger)编写完成并发表。

 

该论文阐述了“当物体落入黑洞时信息会发生什么”的问题,霍金认为,黑洞中存在无穷尽的“柔软的头发”而非“无迹可寻”,并阐述了计算黑洞熵的方法,这也是其过去40多年一直的工作重点。

 

预印本网站ArXiv显示,论文的最后修改时间为109日,这距离霍金逝世已过去了近7个月。

 

众所周知,43年前(1975年),霍金创立了霍金悖论体系,主张黑洞不可能透露出东西,所有那些被它吞噬的东西将永远置身于我们的宇宙之外。这也是当前物理学中最令人困惑的问题。

 

据马尔科姆·佩里介绍,从2015年开始,霍金便和其以及另外一名科学家安德鲁·斯特雷明格一起,通过质疑构成困难的基本假设,来理解摆脱这种困难的方法,尝试解决霍金悖论问题,并于2016年发表了首篇论文。

 

所谓黑洞的“软毛发”,指的是黑洞视界边缘的零能量光子。它们可能储存了黑洞的熵值。霍金等人研究黑洞的“软毛发”,为的是解决一个悬疑半世纪的悖论:物质掉进黑洞后,信息去哪了呢?

 

佩里告诉英国《卫报》,霍金纠结黑洞信息悖论起码纠结了40多年。就在霍金逝世前几天,佩里还在哈佛与斯特鲁明格一起工作。那时他不知道霍金已近油尽灯枯,致电前去告知最新进展。事后想来,那可能是霍金生前最后一次学术交流。

 

“史蒂芬交流很困难,我开着扬声解释最新的进展。他只给了一个大大的微笑。我告诉他我们取得了一定成果。他知道最终结果了。”佩里回忆道。

 

1960年代,物理学家约翰·惠勒(John Wheeler)基于爱因斯坦模型提出,黑洞是无毛的。具体来说,黑洞只会有三个性质:质量、电荷和自旋。除此之外,所有的黑洞都一模一样,特质被剥夺殆尽。

 

1975年,霍金提出了此生最重要的理论——黑洞蒸发理论,即通常所说的霍金辐射。如果将量子理论也计算进去,霍金发现黑洞并不是完全:它会向视界外辐射光子和少量带质量粒子,黑洞的质量随之逐渐变小,蒸发速度越来越快,最终消亡。

 

而在此次发表的论文中,霍金认为在黑洞物理学中可能存在着比量子力学更大的不确定性,也就是:黑洞中可能存在无穷尽的柔软的头发,而非以往大家所认为的“任何物体进入黑洞将无迹可寻”。但这种“不确定性”将让很多已经被证明的物理定律彻底崩溃,更将加大人类探索、预测黑洞未来的难度。

 

但熵是如何产生的呢?因为所有的黑洞看起来是一样的,熵的起源又在哪里?在此次发表的论文中,霍金描述了一种计算黑洞熵的方法,认为熵是对黑洞的质量或旋转的定量测量。虽然,这还不足以解决“霍金悖论”问题,但却为科学家提供了一个研究方向:霍金悖论和与量子力学相容的引力理论密切相关。

 

除此之外,霍金还在论文中表示,他希望能将引力和其他的自然力量结合起来,从而统一爱因斯坦广义相对论于量子理论。

 


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