史蒂芬·霍金是我們一生中最偉大的人物之一，他留下了許多心碎的科學迷。 直到去世前幾個月，他仍在發表文章，2016 年，他發表了一篇最受關注的期刊文章，這是人們期待已久的解決黑洞信息悖論的技巧。
換句話說，他對黑洞如何同時擦除和保留信息提出了一個可能的解釋。
該論文最初于 2016 年 1 月在預印本網站上發表，六個月后在同行評審期刊上發表天體物理學快報，并成為世界各地的頭條新聞。
為了理解為什么這是一件大事，以及黑洞信息悖論到底是什么，我們需要回到一切開始的地方。
根據愛因斯坦通常的相對論，我們對黑洞最初的理解是，任何穿過風暴視界（黑洞邊界）的東西都將永遠消失。 甚至光也無法逃脫它的魔爪，這就是黑洞被稱為黑洞的原因（也是我們無法真正看到它們的原因）。
然而，在 20 世紀 70 年代，霍金提出，由于量子熱定律，輻射實際上可以從黑洞中逸出。 簡而言之，他認為當黑洞吞噬一對粒子-反粒子時，另一個粒子會輻射到太空中，并在離開黑洞時泄漏出一點能量。
正因為如此，黑洞最終會消失，唯一留下的痕跡就是它們發出的電磁輻射，稱為“霍金輻射”。
問題在于，根據霍金的最佳猜測，這些排放物將不包含被黑洞吞噬的有用信息——被吞噬的信息將永遠丟失。
這與我們對現代數學、現代化學的理解不符，時間總是可以逆轉的。 至少從理論上來說，無論宇宙中的過程向前或向后運行天體物理學快報，該過程看起來都是一樣的。
正如丹尼斯·奧弗比在《紐約早報》中所解釋的那樣：“宇宙就像一臺超級計算機，應該能夠記錄一輛汽車是紅色皮卡，另一輛是白色奔馳，還是由物質和其他反物質制成的。這樣的事情可能會發生。”被淘汰，但它們的‘信息’——它們的基本化學特性——應該永遠存在。”
這就是悖論。 事實上，除了天體化學家之外，這都是一件大事，因為如果量子熱規則不適用于黑洞，我們怎么能說它們適用于其他黑洞呢？
不過，2016年，霍金提出了解決這個問題的辦法——黑洞周圍可能有一圈“軟毛”，可以存儲信息。
“軟頭發”實際上并不是頭發，而是低能量子爆發，它攜帶著黑洞在蒸發很久之后吞噬的所有東西的特征模式。
“這種圖案，就像手機上的像素或唱片上的凹槽一樣，包含了有關穿過風暴地平線的信息，”奧拜當時寫道。
為了得出這個推論，霍金發現了他最初假設的兩個潛在問題，這就是為什么他說他最初的計算——黑洞內的信息將永遠丟失——是錯誤的。
這兩個假設一是量子引力中的真空是唯一的，二是黑洞沒有量子“軟毛”。 這有點復雜，你需要知道的是霍金此后修改了他的估計，但非常確定黑洞周圍存在“軟毛”。
這一假設經過同行評審并發表在《物理評論快報》上，研究人員宣稱，雖然還有更多工作要做，但這是朝著解決信息悖論邁出的有希望的一步。 “值得注意的是，這篇論文并沒有解決黑洞信息問題，”加州大學圣巴巴拉分校數學家加里在隨附的評論中寫道。 “首先，必須剖析重力，而不僅僅是剖析電磁場。 這項任務目前正在進行中，他們的初步估計表明純重力情況將是類似的，”他補充道。
“更重要的是，他們引入的‘軟毛’可能不足以捕獲黑洞中的所有信息。” 他的批評是，目前尚不清楚黑洞吞噬的所有信息是否真的可以轉移到“軟毛”上，而不僅僅是失去一切的能量跡象。
但他承認：“沿著這項工作指出的高速公路，完全有可能進一步的調查肯定會發現更多這樣的毛發，這實際上最終將導致黑洞信息問題的解決。”
對于化學來說，這一定是值得紀念的一天。 因為我們離理解已知宇宙中一些最大的謎團——黑洞的怪異——又近了一步。 這對我們其他人意味著什么？ 正如霍金在 2015 年的一次演講中所解釋的那樣：“黑洞不再是人們曾經認為的永恒監獄。如果你認為自己被困在黑洞中，請不要放棄。還有出路。”
史蒂芬·霍金我們想念你。