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30年来的黑洞信息悖论到此解决了吗？ Graham P. Collins

“请用数学表述。”这句话概况了物理学界对W. 霍金在今年7月大加宣扬的一项声明的回应。在那项声明中，他说已经解决了黑洞信息悖论——他自己于30年前揭示的一个意义深远的关于量子物理和引力之间的难题。尽管在17日都柏林的广义相对论会议上，他展示了新理论的框架，但是迄今还没有拿出基于基本推理过程的带有详细数学步骤的研究论文。美国加州大学圣巴巴拉分校的物理学家Joe Polchinski说：“我们在等待预印本。”

这种信息悖论起源于黑洞的两种相互对立的性质。从经典的分析来看，也就是说不考虑量子力学，任何落入黑洞事件边界的事物都从宇宙中永远地消失了。任何东西——无论是光还是信息——都不能抵抗黑洞强大的引力而逃逸。1974年，当霍金推导出事实上黑洞应该随机地辐射出粒子和射线时，他发现了量子力学的一个缺陷。

霍金在1976年的另一篇论文中强调，问题存在于随机性上，因为它与量子物理的基本属性即所谓的幺正性相抵触。本质上，幺正性要求信息应该是守恒的：如果一部百科全书掉进黑洞里，随后它的质量通过Hawking辐射放出，那么从原理上说，发出的辐射应该包含所有在百科全书中被编码的信息。（当然，实际上这些信息不可能原样重新得到，就像百科全书被烧成了灰一样。）但是Hawking辐射的随机性将完全湮灭这些信息，这是一个很多物理学家都感到荒谬的结论。哈佛大学的弦论学家Andrew Strominger说：“我不相信霍金1976年的结果，但我也不知道计算错在哪儿。”

大约10年前，物理学家发明了一种利用弦论的数学技术分析黑洞的方法。结果表明幺正性以及信息，在黑洞蒸发（涉及弦的过程具有内禀幺正性）的过程中保存了下来。不幸的是，弦论的计算中没有揭示霍金1976年的计算错在何处。或者他的论点是错误的（但物理学家称它是“简洁而优美的”），或者理论的假设之一是错误的（这可能是关于自然界的性质的一个意义深远的发现）。

霍金的新作采用了与1976年不同的分析方法。它建立在普林斯顿大学的理论学家Juan Maldacena最近的研究结果上。大致来说，霍金认为，只要你等的时间足够长，直到黑洞完全蒸发，那么幺正性和信息就会令人满意地保存下来。只是在中间的时候，黑洞仍然在蒸发，看上去信息丢失了。但是这种分析没有详细地阐明信息是怎样出现的，也没有阐明该结果怎样与1976年的分析或者与近来弦论的计算相吻合。

同时，它让很多物理学家挠头。以色列耶路撒冷希伯来大学的D. Bekenstein评论说：“我当时在都柏林，并不理解它的关键论点，与我谈话的同事们也不理解。”美国加州理工大学的S. Thorne说：“专家们可能需要几年时间来达成一致。”一些人对这种论文写出来之前就公布的态度感到不快。另一些人则感到高兴，因为尽管是出于他自己独特的原因，霍金仍同意了弦论学家10年来一直所表述的东西。还有一些人，比如Bekenstein，认为在 霍金的宣告之前，黑洞悖论已经解决了。他说：“多年以来，它已经成为了一个转移注意力的东西。”

另外一些人则认为，即使将弦论和霍金结合在一起，也不能肯定这场公案已经结束了。哈佛大学的物理学家Cumrum Vafe认为，解释这个谜底，要有更多决定性的工作需要做：“黑洞幺正性的问题有很多方面，很难相信一篇论文就可以解决问题，无论作者是谁！最终的裁决还没有出来呢。”

孙学锋/译  曾少立/校