霍金的黑洞理論打開了新世界的大門？

南極望遠鏡。

在埃塞俄比亞首都亞的斯亞貝巴拍攝的新建成的恩托托天文臺。新華社／法新

日前，著名英國物理學家史蒂芬·霍金在瑞典斯德哥爾摩皇家理工學院介紹了他關于黑洞研究的一項最新理論。根據他的理論，物質墜入黑洞并非代表終結，信息或許能逃離黑洞，甚至進入另一空間。這一理論一經提出就引起了媒體和民眾的廣泛關注，國外網友甚至直呼此理論“打開了新世界的大門”。

沒有人去過黑洞，但是關于黑洞的爭論在物理學界卻由來已久。作為黑洞理論的重要研究學者，霍金關于黑洞的每一次發言都是學界的焦點。《三體》一書獲得了國際上的成功和認可，《星際穿越》也是全球熱賣的電影，這些都說明，人類關于宇宙的每一次暢想、每一步探索都振奮人心，魅力無窮。

霍金的新理論主要與黑洞的“信息悖論”有關。“信息悖論”長期以來困擾著從事黑洞研究的科學家們。這一悖論的核心觀點是：在大質量恒星坍縮形成黑洞時，信息包含在黑洞之中。由于黑洞不能永遠存在，那么在它最終消失的時候，黑洞內部的信息也會隨之消逝。然而，這卻與量子物理學原理相悖。根據物理學界普遍承認的量子物理學原理，物理學家們一般認為，信息是不可能丟失的。同理，黑洞的消失應該也不會造成信息的丟失。這樣一來，兩個理論就產生了矛盾。對于被吸入黑洞的信息去向何方，學界困擾多時。如果這個明顯的悖論得不到合理的解釋，現存的一些基礎的物理學原理就會崩塌。霍金教授提到，如果黑洞與量子物理學中信息守恒原則相背離，那么我們對于時間本身的認知也會分崩離析。

1.惱人的“信息悖論”

霍金的最新理論為“信息悖論”的解決提供了一個新的出口。他指出：“我認為，信息并非如此前所設想的那樣存儲在黑洞的內部，而是在黑洞的邊界，即所謂的視界上（視界線即黑洞的邊界，在此邊界以內的光都無法逃離）。”

我們一般認為，光是不能從黑洞中逃脫出來的，但從理論上講，黑洞并不是全黑的。黑洞會釋放能量，這被稱為“霍金輻射”。“霍金輻射”理論認為，會有一些粒子從黑洞的視界線中散射出來。根據海森堡的不確定性原理，在“真空”的宇宙中，會瞬間憑空產生一對正反虛粒子，然后瞬間消失，以符合能量守恒定律。但是在黑洞視界線周圍，一些粒子很有可能在消失前就掉入黑洞，而剩下的另一個粒子就散逸出來。結合霍金的這一新理論，進入黑洞的粒子會在視界線上留下少許信息。而當這些粒子通過“霍金輻射”的方式再次從黑洞中出來時，就會將此前留在那里的少許信息再次攜帶出來，從而保存了信息的完整性。霍金進一步解釋稱：“外界進入黑洞的粒子所攜帶的信息被存儲在事件視界內，而這些信息被‘歸還’時，則是以一種混亂而無序的形式呈現。所以從現實的角度而言，這些信息的確都已經丟失了。”

很多人都覺得這種說法顯得太過晦澀，因此霍金用一個生動的比喻來解釋這種無用信息的歸還機制。這就好比你燒掉了一本百科全書，如果你將所有的灰燼都保存在一個地方，從技術上來說，你沒有損失任何信息。但是，如果你要想再用這本書的灰燼來查詢一些什么東西，那將變得幾乎不可能。

2.墜入黑洞里的人

霍金表示，這樣的形式轉變構成了外界粒子的某種全息圖像——關于三維物體的信息以二維的形式被存儲在了一個表面上。當輻射離開黑洞時，它就會帶走部分保存在事件視界上的信息。

除了全息圖像，霍金教授在本次座談會上還提出一個讓普通人更感興趣的大膽假設，就是人類進入黑洞之后會面臨怎樣的處境。在此之前，人們通常認為，人類一旦掉進黑洞就仿佛陷入了“無底深淵”，無法逃脫。但是根據霍金的新理論，即便人掉進黑洞也不會憑空消失，而是有可能逃離出來。只不過，這個黑洞必須足夠大才行。黑洞會不斷旋轉，你也很有可能會進入到另一個平行宇宙。只不過，這個平行宇宙絕不是我們現在存在的宇宙，也就是說，你永遠無法真正“回家”。霍金開玩笑道：“雖然我熱愛太空飛行，但我也決不會做出這樣的嘗試。”

其實，這個震驚眾人的新理論也沒有那么“新”。諾貝爾獎獲得者吉拉德·霍夫特在黑洞信息悖論方面也持有與霍金類似的觀點。他在此前就這一問題曾發表過多篇論文。僅就目前而言，這一新理論還需要經過更多的討論和數學方程的計算。至于霍金的這一最新理論在霍夫特的理論基礎之上具體有何種程度的新進展，霍金是否已經克服了此前他人的類似研究工作中還存在的一些難題等，這些都還有待考證。

外界還在大肆報道霍金的突破性研究理論，而對于物理學界頂級人物齊聚的這場學術會議，似乎并沒有進行過多的關注。關于黑洞的理論還僅僅處于猜想階段。放眼整場會議，霍金的新理論猜想在這場學術探討中其實也不過是眾多新思維火花中的一朵。每一個與會者參會的目的并不是勸說同行信服自己的理論，或者證明自己已經解決了黑洞研究的大問題，他們只是希望能彼此激發靈感，給予對方新的思考路徑，促進整個天體物理學的發展。

3.黑洞理論學家們的頭腦風暴

在這場物理學界的巔峰對決中，霍金教授的新理論并不是唯一的焦點。在一眾諾貝爾獎得主之中，霍金似乎顯得有些格格不入。參加這場會議的除了名聲在外的霍金，還有許多在學術界內德高望重的其他學者，比如參與建立起黑洞運行基本法則的詹姆斯·巴丁、粒子研究的先鋒倫納德·帕克，還有諾貝爾獎獲得者吉拉德·霍夫特。

“這一周真是讓人累得筋疲力盡。”來自亞利桑那州立大學的保羅·戴維斯這樣告訴聚集在一起的學生和媒體。戴維斯在過去的一周內針對與黑洞有關的一系列復雜理論與其他學者展開了激烈辯論和討論。在對整個研究領域構建出一個一致框架前，他們還有許多工作要做。但至少，這周的討論為新生代的物理學家提供了新的思考工具和思考方法。

本次會議由北歐理論物理研究所主辦，是北卡羅萊納大學教堂山分校的物理學家霍頓的心血結晶。作為研究黑洞問題的新生代學者代表，霍頓之前的一些研究成果已經引起了黑洞研究領域一些老專家的關注，他們還為此進行過一些激烈的電話辯論。

談及舉辦本次會議的初衷，霍頓談道：“一方面，我們很喜歡在電話里探討關于物理學界的事情；另一方面，電話探討遠遠不能滿足我們互相爭辯勸解的訴求。我們沒有一個合適的場合進行學術辯論。”她認為，整個黑洞研究領域還是一盤散沙。從20世紀70年代起，就已經有關于黑洞的相關研究。如今包括霍頓在內的新生代研究者又為黑洞研究作出了許多新貢獻。但是，這些頭腦里裝著新鮮思想和新鮮理論的科學家似乎與學界前輩們沒有更深層次的交流。新生代學者們并沒有真正將40年前的許多經典理論融入現在的研究當中。

眾多物理學家坐在一個小房間里進行了為期一周的學術探討。這里之前是瑞典皇家理工學院的一座教堂，基督像放置在鍍金的幕布后。坐在這里，新鮮理論的噴涌很難讓人覺得這個會議場所是如此陳舊。戴維斯開玩笑稱，這場馬拉松式的學術探討耗盡了他全部的精力，以至于他完全沒有興趣再在這一領域研究下去了。當然，為黑洞研究構建基礎框架的一些天才物理學家也很難繼續保持未來在黑洞研究領域的主導地位了。

事實上，雖然外界為霍金的新理論驚嘆，但是直至會議快要結束時，學界仍然為“信息悖論”本身是不是個悖論而爭執不休。但是，沒有定論并不代表這場辯論毫無意義。霍金告訴媒體：“我為能參與到本次為期一周的密集性討論會議中而深感榮幸。我和我的老友與同事很久都沒有體會到思想碰撞帶來的喜悅了。”

　　會議的結束意味著新研究的開始。在接下來的幾年里，研究者將用巨型陣列無線電天文望遠鏡第一次直接觀測一個位于銀河系中心的黑洞。很可能人類還要再花40年的時間，才能對黑洞運行形成一套真正可被證實的理論知識。在那之前，學界還將進行持續不斷的爭論。不論是以何種方式進行，關于未知的探索都永不停步。