科学家可能堵住了霍金黑洞理论的一个漏洞。最近以来,物理学家再次成功地搅动了史蒂芬·霍金黑洞理论的潮水,并非尽善尽美的黑洞理论再次面临了“潮起潮涌”的巨浪冲击,霍金本人加入了“弄潮”物理学家的行业。几十年来,世界各地的物理学家没有停止科学探索的步伐,他们试图找到解开黑洞神秘性的不同方法。否定黑洞天体存在的科学家并非少见,黑洞是宇宙中质量巨大而怪异的天体,人们对使人陶醉、着迷的黑洞的了解远远不够,证明黑洞存在的观测数据越来越多,黑洞最显著的特性是难以想象的巨大引力,没有什么运动的物体、甚至以光速运动的粒子不能逃脱它的引力“视界”。密西根州立大学的克里斯·亚当米教授加入了黑洞“解密”的科学大军,他不是否定黑洞的存在,而是挑战目前所知的黑洞的一种性质。
亚当米的研究涉及黑洞的一种特性,自从1975年以来,科学家没有停止对这种特性的探究,霍金的加入似乎重新点燃了探究的火种,多次“出尔反尔”的大科学家霍金为科学界带来了“匪夷所思”的话题,2014年1月22日,霍金在一篇公开发表了博文中声称,黑洞的事件视界不存在,视界是黑洞引力作用范围的不可见边界。多年以来,公认的研究黑洞物理学的的权威人物霍金陆续修改了黑洞的理论,他试图找到解开黑洞谜题的钥匙,黑洞其中之一的谜题是在黑洞内的信息究竟发生了什么?数十年来,黑洞“迷失的信息”一直是物理学家争议的焦点,科学家难以判定黑洞内的原子和亚原子的粒子、能量和反映它们的特征的信息处于什么状态,发生着怎样的变化。

1975年,霍金发现了黑洞不黑的现象,不能简单将黑洞理解为字面的含义,它实质上辐射了一种寻常的光,物理学家将黑洞的辐射称之为“霍金辐射”。在霍金最初的理论架构中,黑洞由于辐射缓慢地消耗了自己的能量,它的最终命运是彻底蒸发和消散。不仅表现为物质和能量的消失,而且表现为信息的消失,信息和任何的物质、能量一旦跌入到黑洞,它们不可避免地消失了,科学家都在问,“信息去哪儿了?”。然而,霍金的黑洞理论存在一个基本的难题,科学家称之为“信息悖论”。现在,亚当米似乎“松了口气”,他相信自己解决了黑洞内的信息悖论难题。按照量子物理定律的解释,信息不能够消失,迷失的信息留在了某个地方,为什么说信息的迷失是一件可怕的事情?这是因为每当黑洞吞噬一个物质粒子时,宇宙由于缺失一个粒子的信息而变得不可预测,这对宇宙信息的完整是一幅难以置信的图景,亚当米相信,没有一种人们所知的物理定律使这种不可预测的事情得以发生。
如果黑洞以它的强大无比的引力吸收了信息,信息和所有的物质消失在无影无踪的黑暗世界,那么量子物理学如何解释“信息去哪儿了”的谜题?按照亚当米深思熟虑的理论分析和计算,黑洞内的信息融入了受激发的辐射、或信息“蕴藏”在霍金辐射之中,黑洞的受激辐射发出了光,它看起来不会那么黑,黑洞在受激辐射过程中将吞噬的信息抛射出去。黑洞的受激辐射是一种物理过程,相当于在物理学中受激辐射产生的光波放大现象(LASERS),受激辐射的物理过程好像复印机的工作原理,当人们将一些文件材料放进复印机,几乎完全相同的文件材料从复印机的另一端出来。同样,如果人们将一些信息丢进“黑洞机器”,被黑洞吞噬的信息不仅没有消失,而且以“拷贝”的信息形式被抛出黑洞以外。1917年,爱因斯坦首先提出了黑洞信息的“拷贝原理”。如果没有黑洞的“拷贝机制”,那么物理学信息的一致性将面临难以克服的难题。

其他科学家不一定接受亚当米的理论分析,黑洞的受激辐射隐藏了曾经遗失的信息,亚当米的理论模型解决了黑洞的信息悖论问题。亚利桑那州立大学的宇宙学家、天体生物学家和理论物理学家保罗·戴维斯评论说,克里斯·亚当米正确解决了黑洞学的信息悖论问题,颇具讽刺意味的是黑洞内迷失的信息不是躲藏在某个“天不知、地不晓”的地点,而是潜藏在一个显而易见的地方。著名的霍金黑洞辐射是所谓自发辐射的一种形式,霍金辐射可能是故事的一部分,受激辐射可能具有多样的可能性,物理学家将受激辐射放在LASERS的总体概念之中。大量的研究人员花费了大量时间,他们试图修订霍金辐射的理论,却没有在显而易见的地方发现黑洞遗失的信息,实际上,少数科学家意识到在霍金的计算中遗失了受激发辐射的一种效应,他们没有解决信息悖论的难题,这是因为他们对量子通讯理论缺少深刻的洞察力。量子通讯理论以量子系统的方式分析信息的相互作用,上个世纪的90年代,亚当米成为其中之一的量子通讯理论的开拓者。
长期以来,亚当米致力于解决黑洞的信息悖论难题,孜孜以求的亚当米在无数个夜晚从睡梦中苏醒,他将自己的“梦中灵感”记录在笔记本,厚实的笔记本密密麻麻地记录了亚当米10年之久的寻思和数学计算的历程。他时常惦记黑洞“迷失的信息“去哪儿的谜题。亚当米似乎成功地修正了霍金的精彩绝伦的黑洞理论,堵上了黑洞理论的一个漏洞,“今夜得以入眠”是亚当米调侃自己的话语。其他科学家在亚当米安心入睡时也许不能”昏昏入睡“、“高枕无忧”,如何证实亚当米的“补丁理论”?新的理论是否解决了黑洞信息悖论的神秘课题。在物理学和宇宙学研究领域的疑惑问题总是多于已知的答案,在已知的答案中同样充满了令人疑惑的问题,人们以开放的科学心态对待那些持怀疑态度的人士。亚当米和南加州大学的格雷格·维尔·施特格共同合作,在《经典和量子引力》杂志发表了他们的研究成果。

(编译:2014-3-28)
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