史蒂芬·霍金參與的最后一篇論文已經(jīng)被物理學(xué)家們發(fā)布在預(yù)印版論文平臺(tái) arXiv 上。在這篇題為《Black Hole Entropy and Soft Hair》的論文中，霍金與其他一些學(xué)者共同探討了自己畢生研究的方向：當(dāng)物體落入黑洞時(shí)信息將何去何從。
今年 3 月 14 日，霍金去世，享年 76 歲，但他的聰明才智對(duì)科學(xué)社區(qū)的貢獻(xiàn)卻仍未停止。作為一位備受尊敬的物理學(xué)家，霍金的最后一篇論文如今已在網(wǎng)上公開(kāi)，這篇論文再次討論了神秘的物理世界。
該論文名為《Black Hole Entropy and Soft Hair》，共同作者是霍金的合作伙伴 Sasha Haco、Malcolm Perry 和 Andrew Strominger，試圖解決理論物理學(xué)家們稱之為「信息悖論」的問(wèn)題，它是于霍金三月去世前幾天完成的。這篇論文目前可以從預(yù)印版論文平臺(tái) arXiv 上免費(fèi)獲得，其中還包含對(duì)霍金深深的敬意：
「失去這位可愛(ài)的朋友與伙伴，我們深感悲痛，他對(duì)黑洞物理學(xué)的貢獻(xiàn)一直激勵(lì)著我們，直到生命的盡頭?！?/span>
這篇論文是對(duì)霍金職業(yè)生涯的一種收尾，收集了他關(guān)于黑洞量子結(jié)構(gòu)最后的一些研究成果——霍金在過(guò)去 40 年里一直在研究這個(gè)主題。
霍金的最后一篇論文探索了物理學(xué)界懸而未決的最大問(wèn)題之一。他首先提出了一個(gè)問(wèn)題：落入黑洞的物質(zhì)真的會(huì)消失嗎？根據(jù)物理學(xué)定律應(yīng)該不可能消失。這一悖論令人困惑，因?yàn)樗鼘⒁鹆孔恿W(xué)與廣義相對(duì)論的對(duì)立。
在這篇論文中，霍金及其合著者提出，一種叫做「軟毛發(fā)」（soft hair）的東西可以解決張力問(wèn)題?！该l(fā)」指的是視界（黑洞的邊界）上的光子。在視界的「軟毛發(fā)」區(qū)域會(huì)儲(chǔ)存落入黑洞的物質(zhì)的有關(guān)信息。這意味著這些物質(zhì)的信息其實(shí)并沒(méi)有從宇宙中消失，而是看起來(lái)像是消失在明顯的視界之外。
「這是研究歷程中的一步，但絕不是完整的答案，」該論文的共同作者 Malcolm Perry 告訴《衛(wèi)報(bào)》?！冈诖酥?，我們面前的未解之謎變少了，但還有一些令人困惑的問(wèn)題需要解決，我們?nèi)匀粵](méi)有足夠的技術(shù)來(lái)驗(yàn)證斯蒂芬·霍金的偉大思想?！?/span>
這一難題的起源可以追溯到愛(ài)因斯坦。1915 年，愛(ài)因斯坦提出廣義相對(duì)論，解釋重力如何從物質(zhì)的時(shí)空彎曲效應(yīng)中產(chǎn)生，以及行星為何圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)。但是愛(ài)因斯坦的理論也對(duì)黑洞做出了重要預(yù)測(cè)，尤其重要的一點(diǎn)是黑洞可以完全由三個(gè)特征來(lái)定義：質(zhì)量、電荷和角動(dòng)量。
將近 60 年后，霍金加入了這項(xiàng)研究。他認(rèn)為黑洞也有溫度。因?yàn)闊岬奈矬w將熱量散失到太空中，黑洞的最終命運(yùn)是從宇宙中蒸發(fā)，不復(fù)存在。但是這帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題。根據(jù)量子世界的定律，信息永遠(yuǎn)不會(huì)消失。那么，當(dāng)一個(gè)物體墜入黑洞時(shí)，它所包含的所有信息——例如一個(gè)衛(wèi)星原子的性質(zhì)——將何去何從？
「問(wèn)題是，如果你把東西扔進(jìn)黑洞里，它看起來(lái)好像消失了一樣，」Perry 說(shuō)道，「如果黑洞消失了，那扔進(jìn)黑洞里的物體的信息要怎么恢復(fù)？」
在這最后一篇論文中，霍金及其同事展示了有些信息如何被保存下來(lái)。把一個(gè)物體扔進(jìn)黑洞，黑洞的溫度會(huì)因此而改變。一種叫做熵（用來(lái)測(cè)量物體內(nèi)部無(wú)序程度的指標(biāo)）的特性也會(huì)如此。溫度越高，熵就越高。
在霍金去世的前幾天，Perry 與 Strominger 一同在哈佛大學(xué)撰寫這篇論文。他們對(duì)于霍金當(dāng)時(shí)的病情并不了解，并通過(guò)可視電話通知這位物理學(xué)家有關(guān)論文內(nèi)容的更新。這可能是霍金生前最后一次學(xué)術(shù)交流?！府?dāng)時(shí)的霍金很難與人溝通，我打開(kāi)了揚(yáng)聲器，解釋了研究的進(jìn)展。當(dāng)我解釋完之后，他給了我們一個(gè)巨大的微笑。我告訴他我們的研究已經(jīng)有了一些進(jìn)展，他知道最后的結(jié)果?！筆erry 表示。
論文：Black Hole Entropy and Soft Hair
論文鏈接：http://politis.com.cy/editor_images/10-2018/meleti_hawking.pdf
參考內(nèi)容：
https://techcrunch.com/2018/10/12/stephen-hawking-final-paper-black-holes-soft-hair/
https://www.theguardian.com/science/2018/oct/10/stephen-hawkings-final-scientific-paper-released
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