南極望遠(yuǎn)鏡。

在埃塞俄比亞首都亞的斯亞貝巴拍攝的新建成的恩托托天文臺。新華社／法新

日前，著名英國物理學(xué)家史蒂芬·霍金在瑞典斯德哥爾摩皇家理工學(xué)院介紹了他關(guān)于黑洞研究的一項(xiàng)最新理論。根據(jù)他的理論，物質(zhì)墜入黑洞并非代表終結(jié)，信息或許能逃離黑洞，甚至進(jìn)入另一空間。這一理論一經(jīng)提出就引起了媒體和民眾的廣泛關(guān)注，國外網(wǎng)友甚至直呼此理論“打開了新世界的大門”。

沒有人去過黑洞，但是關(guān)于黑洞的爭論在物理學(xué)界卻由來已久。作為黑洞理論的重要研究學(xué)者，霍金關(guān)于黑洞的每一次發(fā)言都是學(xué)界的焦點(diǎn)。《三體》一書獲得了國際上的成功和認(rèn)可，《星際穿越》也是全球熱賣的電影，這些都說明，人類關(guān)于宇宙的每一次暢想、每一步探索都振奮人心，魅力無窮。

霍金的新理論主要與黑洞的“信息悖論”有關(guān)。“信息悖論”長期以來困擾著從事黑洞研究的科學(xué)家們。這一悖論的核心觀點(diǎn)是：在大質(zhì)量恒星坍縮形成黑洞時(shí)，信息包含在黑洞之中。由于黑洞不能永遠(yuǎn)存在，那么在它最終消失的時(shí)候，黑洞內(nèi)部的信息也會(huì)隨之消逝。然而，這卻與量子物理學(xué)原理相悖。根據(jù)物理學(xué)界普遍承認(rèn)的量子物理學(xué)原理，物理學(xué)家們一般認(rèn)為，信息是不可能丟失的。同理，黑洞的消失應(yīng)該也不會(huì)造成信息的丟失。這樣一來，兩個(gè)理論就產(chǎn)生了矛盾。對于被吸入黑洞的信息去向何方，學(xué)界困擾多時(shí)。如果這個(gè)明顯的悖論得不到合理的解釋，現(xiàn)存的一些基礎(chǔ)的物理學(xué)原理就會(huì)崩塌?；艚鸾淌谔岬?，如果黑洞與量子物理學(xué)中信息守恒原則相背離，那么我們對于時(shí)間本身的認(rèn)知也會(huì)分崩離析。

1.惱人的“信息悖論”

霍金的最新理論為“信息悖論”的解決提供了一個(gè)新的出口。他指出：“我認(rèn)為，信息并非如此前所設(shè)想的那樣存儲在黑洞的內(nèi)部，而是在黑洞的邊界，即所謂的視界上（視界線即黑洞的邊界，在此邊界以內(nèi)的光都無法逃離）。”

我們一般認(rèn)為，光是不能從黑洞中逃脫出來的，但從理論上講，黑洞并不是全黑的。黑洞會(huì)釋放能量，這被稱為“霍金輻射”。“霍金輻射”理論認(rèn)為，會(huì)有一些粒子從黑洞的視界線中散射出來。根據(jù)海森堡的不確定性原理，在“真空”的宇宙中，會(huì)瞬間憑空產(chǎn)生一對正反虛粒子，然后瞬間消失，以符合能量守恒定律。但是在黑洞視界線周圍，一些粒子很有可能在消失前就掉入黑洞，而剩下的另一個(gè)粒子就散逸出來。結(jié)合霍金的這一新理論，進(jìn)入黑洞的粒子會(huì)在視界線上留下少許信息。而當(dāng)這些粒子通過“霍金輻射”的方式再次從黑洞中出來時(shí)，就會(huì)將此前留在那里的少許信息再次攜帶出來，從而保存了信息的完整性?；艚疬M(jìn)一步解釋稱：“外界進(jìn)入黑洞的粒子所攜帶的信息被存儲在事件視界內(nèi)，而這些信息被‘歸還’時(shí)，則是以一種混亂而無序的形式呈現(xiàn)。所以從現(xiàn)實(shí)的角度而言，這些信息的確都已經(jīng)丟失了?！?/p>

很多人都覺得這種說法顯得太過晦澀，因此霍金用一個(gè)生動(dòng)的比喻來解釋這種無用信息的歸還機(jī)制。這就好比你燒掉了一本百科全書，如果你將所有的灰燼都保存在一個(gè)地方，從技術(shù)上來說，你沒有損失任何信息。但是，如果你要想再用這本書的灰燼來查詢一些什么東西，那將變得幾乎不可能。

2.墜入黑洞里的人

霍金表示，這樣的形式轉(zhuǎn)變構(gòu)成了外界粒子的某種全息圖像——關(guān)于三維物體的信息以二維的形式被存儲在了一個(gè)表面上。當(dāng)輻射離開黑洞時(shí)，它就會(huì)帶走部分保存在事件視界上的信息。

除了全息圖像，霍金教授在本次座談會(huì)上還提出一個(gè)讓普通人更感興趣的大膽假設(shè)，就是人類進(jìn)入黑洞之后會(huì)面臨怎樣的處境。在此之前，人們通常認(rèn)為，人類一旦掉進(jìn)黑洞就仿佛陷入了“無底深淵”，無法逃脫。但是根據(jù)霍金的新理論，即便人掉進(jìn)黑洞也不會(huì)憑空消失，而是有可能逃離出來。只不過，這個(gè)黑洞必須足夠大才行。黑洞會(huì)不斷旋轉(zhuǎn)，你也很有可能會(huì)進(jìn)入到另一個(gè)平行宇宙。只不過，這個(gè)平行宇宙絕不是我們現(xiàn)在存在的宇宙，也就是說，你永遠(yuǎn)無法真正“回家”?；艚痖_玩笑道：“雖然我熱愛太空飛行，但我也決不會(huì)做出這樣的嘗試?！?/p>

其實(shí)，這個(gè)震驚眾人的新理論也沒有那么“新”。諾貝爾獎(jiǎng)獲得者吉拉德·霍夫特在黑洞信息悖論方面也持有與霍金類似的觀點(diǎn)。他在此前就這一問題曾發(fā)表過多篇論文。僅就目前而言，這一新理論還需要經(jīng)過更多的討論和數(shù)學(xué)方程的計(jì)算。至于霍金的這一最新理論在霍夫特的理論基礎(chǔ)之上具體有何種程度的新進(jìn)展，霍金是否已經(jīng)克服了此前他人的類似研究工作中還存在的一些難題等，這些都還有待考證。

外界還在大肆報(bào)道霍金的突破性研究理論，而對于物理學(xué)界頂級人物齊聚的這場學(xué)術(shù)會(huì)議，似乎并沒有進(jìn)行過多的關(guān)注。關(guān)于黑洞的理論還僅僅處于猜想階段。放眼整場會(huì)議，霍金的新理論猜想在這場學(xué)術(shù)探討中其實(shí)也不過是眾多新思維火花中的一朵。每一個(gè)與會(huì)者參會(huì)的目的并不是勸說同行信服自己的理論，或者證明自己已經(jīng)解決了黑洞研究的大問題，他們只是希望能彼此激發(fā)靈感，給予對方新的思考路徑，促進(jìn)整個(gè)天體物理學(xué)的發(fā)展。

3.黑洞理論學(xué)家們的頭腦風(fēng)暴

在這場物理學(xué)界的巔峰對決中，霍金教授的新理論并不是唯一的焦點(diǎn)。在一眾諾貝爾獎(jiǎng)得主之中，霍金似乎顯得有些格格不入。參加這場會(huì)議的除了名聲在外的霍金，還有許多在學(xué)術(shù)界內(nèi)德高望重的其他學(xué)者，比如參與建立起黑洞運(yùn)行基本法則的詹姆斯·巴丁、粒子研究的先鋒倫納德·帕克，還有諾貝爾獎(jiǎng)獲得者吉拉德·霍夫特。

“這一周真是讓人累得筋疲力盡?！眮碜詠喞Ｄ侵萘⒋髮W(xué)的保羅·戴維斯這樣告訴聚集在一起的學(xué)生和媒體。戴維斯在過去的一周內(nèi)針對與黑洞有關(guān)的一系列復(fù)雜理論與其他學(xué)者展開了激烈辯論和討論。在對整個(gè)研究領(lǐng)域構(gòu)建出一個(gè)一致框架前，他們還有許多工作要做。但至少，這周的討論為新生代的物理學(xué)家提供了新的思考工具和思考方法。

本次會(huì)議由北歐理論物理研究所主辦，是北卡羅萊納大學(xué)教堂山分校的物理學(xué)家霍頓的心血結(jié)晶。作為研究黑洞問題的新生代學(xué)者代表，霍頓之前的一些研究成果已經(jīng)引起了黑洞研究領(lǐng)域一些老專家的關(guān)注，他們還為此進(jìn)行過一些激烈的電話辯論。

談及舉辦本次會(huì)議的初衷，霍頓談道：“一方面，我們很喜歡在電話里探討關(guān)于物理學(xué)界的事情；另一方面，電話探討遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足我們互相爭辯勸解的訴求。我們沒有一個(gè)合適的場合進(jìn)行學(xué)術(shù)辯論?！彼J(rèn)為，整個(gè)黑洞研究領(lǐng)域還是一盤散沙。從20世紀(jì)70年代起，就已經(jīng)有關(guān)于黑洞的相關(guān)研究。如今包括霍頓在內(nèi)的新生代研究者又為黑洞研究作出了許多新貢獻(xiàn)。但是，這些頭腦里裝著新鮮思想和新鮮理論的科學(xué)家似乎與學(xué)界前輩們沒有更深層次的交流。新生代學(xué)者們并沒有真正將40年前的許多經(jīng)典理論融入現(xiàn)在的研究當(dāng)中。

眾多物理學(xué)家坐在一個(gè)小房間里進(jìn)行了為期一周的學(xué)術(shù)探討。這里之前是瑞典皇家理工學(xué)院的一座教堂，基督像放置在鍍金的幕布后。坐在這里，新鮮理論的噴涌很難讓人覺得這個(gè)會(huì)議場所是如此陳舊。戴維斯開玩笑稱，這場馬拉松式的學(xué)術(shù)探討耗盡了他全部的精力，以至于他完全沒有興趣再在這一領(lǐng)域研究下去了。當(dāng)然，為黑洞研究構(gòu)建基礎(chǔ)框架的一些天才物理學(xué)家也很難繼續(xù)保持未來在黑洞研究領(lǐng)域的主導(dǎo)地位了。

事實(shí)上，雖然外界為霍金的新理論驚嘆，但是直至?xí)h快要結(jié)束時(shí)，學(xué)界仍然為“信息悖論”本身是不是個(gè)悖論而爭執(zhí)不休。但是，沒有定論并不代表這場辯論毫無意義?；艚鸶嬖V媒體：“我為能參與到本次為期一周的密集性討論會(huì)議中而深感榮幸。我和我的老友與同事很久都沒有體會(huì)到思想碰撞帶來的喜悅了?！?/p>

　　會(huì)議的結(jié)束意味著新研究的開始。在接下來的幾年里，研究者將用巨型陣列無線電天文望遠(yuǎn)鏡第一次直接觀測一個(gè)位于銀河系中心的黑洞。很可能人類還要再花40年的時(shí)間，才能對黑洞運(yùn)行形成一套真正可被證實(shí)的理論知識。在那之前，學(xué)界還將進(jìn)行持續(xù)不斷的爭論。不論是以何種方式進(jìn)行，關(guān)于未知的探索都永不停步。