“量子头发”理论可能解决霍金黑洞悖论

英国理论物理学家斯蒂芬霍金提出的黑洞悖论困扰了科学家半个世纪，也导致一些人对物理学的两大支柱理论——相对论和量子力学提出质疑。现在，来自英国苏塞克斯大学的科学家表示，他们可能已经通过证明黑洞具有一种称为“量子毛发”的特性来解决这个问题。如果正确，这将标志着理论物理的一大进步。

苏塞克斯大学的泽维尔卡尔梅特教授领导了这项研究。“科学界普遍认为，解决这一悖论需要物理学的巨大范式转变，迫使量子力学或广义相对论做出潜在的重新表述。”他说，“我们发现没有必要。”

霍金悖论可以这样理解：量子物理规则规定信息是守恒的，但黑洞对这一定律提出了挑战，因为一旦物体进入黑洞，这个物体和其中编码的任何信息基本上就会永远消失，无处可去。

科学家们提出了无数的解决方案，包括假设信息在进入黑洞前被完全破坏的“防火墙理论”，被认为是黑洞模糊边界的“模糊球理论”，以及弦理论的各种奇怪分支。但这些建议大多需要重写量子力学定律或爱因斯坦的引力理论，这将动摇现代物理学的两大支柱。

相比之下，卡尔梅特在最近的《物理评论快报》杂志上提出了“量子头发”定理，声称它通过使用一个新的数学公式来弥合广义相对论和量子力学之间的差距，从而解决了这一悖论。

“量子发”是对一种基于经典物理的观点的认可，即黑洞可以被视为一个极其简单的物体。如果我们知道了它的质量、角动量和电荷，我们就知道了它的一切。当黑洞形成时，所有其他信息(“头发”)都会丢失。自20世纪70年代以来，科学家们一直使用“无毛定理”来取笑“裸露”和无特征的黑洞。

卡尔梅特和他的合作者认为，黑洞实际上更复杂，或者说“毛茸茸的”。他们认为，当物质坍缩成黑洞时，会在引力场中留下微弱的痕迹。这种标记被称为“量子毛发”，它将在黑洞坍缩期间提供一种保存信息的机制。根据这个理论，两个质量和半径相同但内部成分不同的黑洞的引力场会有非常细微的差别。

“我们的解决方案不需要任何猜测；相反，我们的研究表明，这两种理论可以用来一致地计算黑洞，并解释信息是如何存储的，而不需要一些激进的新物理。”卡尔梅特说。

但目前还没有明确的方法通过天文观测来检验这一理论，因为引力涨落太小，无法测量。但这一理论可能会受到严格审查。