——连光都无法逃脱，被黑洞”逮捕“的物质去哪儿了？

文/陈思进

1月29日，MIT（麻省理工学院）报道，天文学家发现18个黑洞正在吞噬附近的恒星，即已经确认了18个新的TDEs（潮汐破坏事件）——当附近的恒星被潮汐地引入黑洞并被撕裂的极端事件，这些发现使得已知的近宇宙TDEs数量翻了一番；而就在不久之前，来自意大利和西班牙的天文学家可能发现了距离地球最近的黑洞，它们潜伏于离太阳仅150光年远的毕宿星团附近。这些黑洞可能在数百万年前从稠密的星团中喷出，随后在星系内独自游荡。

黑洞是宇宙中最神秘的存在之一，其性质和信息守恒问题一直是科学家们争论的焦点。近几年来，诺贝尔物理学奖四次颁给了与天体物理学有关的科学家，其中两次直接涉及黑洞。特别是在2020年，罗杰·彭罗斯、安德烈·海姆和雷纳德·吉尔曼三位科学家因为他们对银河系中心的超大质量致密天体，即黑洞的理论发现而获奖。其中，罗杰·彭罗斯的获奖被普遍视为向他多年合作伙伴、已故物理学家斯蒂芬·霍金的致敬，因为黑洞形成的理论预言中霍金有重要贡献。

我曾在《华为的活力之源“熵减”中的熵是什么？（下）》（《科普时报》2019年08月23日第3版：http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjwzb/html/2019-08/23/content_429145.htm ）一文中，在介绍了熵的概念之后，提到了霍金曾在研究了两年“黑洞是否有温度”后，最终，提出了霍金辐射的重要贡献：黑洞确实有温度，且会发出热辐射。但这也带来了一个问题：如果黑洞发出热辐射，它可能会完全蒸发，那么黑洞吞噬的所有物质信息是否永远消失呢？这一问题引发了一场信息是否守恒的大战。本文将简要介绍黑洞的形成、性质以及它们是否违背信息守恒定律的争议。

在宇宙的深处，存在着一种神秘而强大的天体，它的引力极其强大，甚至连光都无法逃脱。这就是黑洞，一个引发科学家们长期争论的天文现象。而在这场争论的核心，是关于信息是否守恒的问题。

黑洞的诞生

黑洞的形成源于恒星的演化。当一颗恒星燃尽了核燃料时，它可能会发生剧烈的引力坍缩。这个过程的结果可能是超新星爆炸，也可能是形成黑洞。黑洞是一种极其紧凑的天体，其引力场极强，使得周围的一切，包括光，都无法逃脱。

黑洞的奇异性质

黑洞有一些令人惊奇的特性。首先，黑洞有一个特定的边界，称为事件视界，穿过这个边界的物体将无法逃脱黑洞的引力。其次，黑洞内部存在一个称为奇点的点，其密度无限大，物理规律无法解释。这使得我们对黑洞内部的性质充满了猜测和疑惑。

信息守恒的争议

信息守恒是物理学中一个重要的基本原则，它表明物质的信息不能被永久消失或破坏。然而，当物质进入黑洞后，我们似乎失去了关于它的所有信息，这引发了科学家们之间的争议。黑洞是否违反了信息守恒定律，成为了一个备受关注的问题。

霍金辐射的发现

在1974年，霍金提出了一个有关黑洞辐射的理论，即霍金辐射。根据这个理论，黑洞并非完全黑暗，而是会发射一些微弱的辐射。这意味着黑洞会逐渐失去质量，并最终蒸发殆尽。霍金辐射的提出为信息守恒问题提供了一种可能的解释，但科学家们仍在进一步的研究中探讨其真实性。

信息保护的新理论

随着科技的进步和对黑洞的深入研究，一些新的理论逐渐涌现，试图解决信息守恒的难题。量子引力理论、弦理论等都为我们提供了新的思路。这些理论试图在量子层面揭示黑洞内部的奇异性，以及信息是否真的在黑洞内部被永久丧失。

小结

尽管研究不断深入，我们对黑洞有了更多的了解，也在信息守恒的问题上取得了一些突破。然而，这仍然是一个复杂而深奥的领域，未来的研究将继续推动我们对黑洞和宇宙本身的认识。在这场“黑洞：信息守恒的大战”中，科学家们正在不断努力，试图揭示宇宙中这个引人入胜的谜团的真相。

2023年元月29日写于上海老宅