理论物理学家们一直为解决信息悖论及与黑洞相关的其它问题而努力,提出了各种方案和理论。 美国斯坦福大学教授伦纳德•萨斯坎德(Leonard Susskind,1940年-)是一个幽默风趣的美国理论物理学家,颇有理查德•费曼的风格。据萨斯坎德自己回忆,因为高中时候是一个“坏小子”而大学阶段学了工程,后来才立志成为一个理论物理学家。萨斯坎德是弦论的创始人之一,他著有一本《黑洞战争》【48】,精彩地描述了物理学界30年来有关黑洞本质特性的一场论战。论战中的一方是萨斯坎德和1999年诺贝尔物理奖得主,荷兰物理学家赫拉德•特霍夫特,另一方则是公众熟悉的霍金。 如上一节中介绍的,霍金提出了霍金辐射以及黑洞蒸发的理论,造成信息悖论。然而,萨斯坎德等意识到,这种观点不符合量子力学,将使物理学陷入危机。而萨斯坎德等认为,并非理论本身有问题,而是由于霍金对量子论的概念有错而造成的危机。 黑洞的确是一个令物理学家们着迷而又困惑的研究对象。物理学家霍金似乎已经成了大众心目中“黑洞”一词的代表,将他视为研究黑洞的最高权威。然而,你可能没有听说过,霍金因为对黑洞问题的理解上3次与物理学界的同行们打赌,但有趣的是,每次都以霍金输掉赌局而告终。 在当今世界上研究引力理论的众多物理学家当中,美国理论物理学家基普•索恩(Kip Stephen Thorne,1940- )(《星际穿越》电影的科学顾问)被认为是权威之一。索恩是加州理工学院教授,和费曼一样,他也是当年约翰•惠勒在普林斯顿大学的博士学生之一。索恩喜欢以黑洞问题为目标与人打赌,而且每次都赢。除了其中的三次赢了霍金之外,还有最早一次是赢了印度裔美国物理学家、诺贝尔物理奖得主钱德拉塞卡,那次,他们是就黑洞稳定性的问题打赌。 由此可知索恩对黑洞概念功底之深。1997年,索恩与霍金就以上所述的黑洞信息丢失问题打赌。霍金认为黑洞蒸发后信息没有了,而索恩和普雷斯基尔认为黑洞可以隐藏它内部的信息。三人打赌的赌注是一本百科全书。 黑洞信息悖论实质上也是因为广义相对论与量子理论的冲突而产生的,霍金站在广义相对论一边,萨斯坎德等则站在量子论一边,索恩和普雷斯基尔其实都算是引力方面专家,不过,他们独具慧眼,将赌注下到了萨斯坎德一边。 萨斯坎德和特霍夫特从计算黑洞熵而悟出了一个全息原理,从而解释了信息悖论。全息原理认为,信息不会丢失,黑洞的边界储存了进到黑洞中的包括物质组成和相互作用的所有信息。 另外,萨斯坎德热衷于互补原理。类似于量子力学中认为光“既是波又是粒子”互补的观点,萨斯坎德认为黑洞内外的两个观测者观察到的现象也是互补的。比如说,故事中的Alice可以既在黑洞内,又在黑洞外。不要非得取其一,完全可以同时“既是此又是彼”,是互补的两者。换言之,物质落入黑洞的过程,完全可以用边界上的量子理论来理解和描述。物理学家们使用全息原理直接计算出了多种黑洞的熵,计算表明霍金蒸发并非随机的,其中包含了进入黑洞的物质的所有信息。全息原理的成功,使得霍金本人也认输了。 2004年一次广义相对论和引力国际会议上,霍金宣布,黑洞的演化是符合因果律的,并没有丢失信息,他承认输掉了这场赌赛。 2013年,美国加州大学圣芭芭拉分校四位理论物理学家(AMPS)发表了一篇论文:《BlackHoles:Complementarityor Firewalls?》【33】。文章的四个作者,以理论物理学家约瑟夫•玻尔钦斯基(Joseph Polchinski)为首。他们提出“黑洞火墙”悖论。(作者注:Firewall可以翻译成防火墙,但在这儿的意思不是“防火”的墙,而是“着火”的墙,故翻为“火墙”)。他们认为,在黑洞的视界周围,存在着一个因为霍金辐射而形成的能量巨大的火墙。当量子纠缠态的粒子之一,或者说爱丽丝,穿过视界掉到这个火墙上的时候,并不是像广义相对论所预言的,悠悠然什么也不知道,毫无知觉地穿过视界被拉向奇点,而是立即就被火墙烧成了灰烬。原来的量子纠缠态也在穿过视界的瞬间便会立即被破坏掉。 这篇论文把矛盾集中到了黑洞的边界—事件视界(Event Horizon)上。就此争论表态,霍金于2013年8月份在加州圣巴巴拉卡维利理论物理研究所召开的一次会议上发表了讲话。而霍金2014年1月22日发表的文章便是基于这个会议发言。 为了解决这个矛盾,霍金提出了一个新的说法,认为事件视界不存在,而代之以一个替代视界叫做apparent horizon(表观视界),认为这个所谓的表观视界才是黑洞真正的边界。并且,这一边界只会暂时性地困住物质和能量,但最终会释放它们。因此,霍金没有否定黑洞的存在,只是重新定义了黑洞的边界。 黑洞问题争论的实质,是广义相对论和量子理论产生的矛盾。只有当有了一个能将两者统一起来的理论,才能真正解决黑洞的问题。