黑洞有“毛发”吗?

黑洞离我们所能看到和测试的东西很远，所以它们是数学家和理论物理学家的乐园。本月，黑洞物理学之王斯蒂芬·霍金发表了一篇论文，称黑洞有“毛发”。这挑战了黑洞完全摧毁所有进入它们的东西的观念，在视界上留下了可能进入它们的东西的阴影。来自伦敦大学学院的宇宙学家Andrew Pontzen向Kat Arney解释了这个想法。

我偶尔希望我的一些物理学家同事能更擅长命名事物。这可能是大家想到的最没用的名字，但重点是如果你看看爱因斯坦的广义相对论，它是我们今天讨论的所有黑洞的基础。它做出了一个非常可靠的预测关于单个黑洞的一切，你观察一个黑洞，它完全可以用三个数字来概括这三个数字是:它的质量，也就是里面有多少物质;它是带电荷的，所以如果你把有静电的东西扔进去它可以保持这个，还有它的自旋，它旋转了多少。根据广义相对论，这就是我们对黑洞的全部了解，绝对没有其他的了解，当我们谈论头发的时候，我们说的是，实际上可能有复杂的东西。每个理论物理学家都知道有毛发是件麻烦事，很难让它看起来好看，所以，当我们说黑洞有毛发时，我们只是说它有额外的东西需要你担心，除了这三个数字。

凯特-好吧。所以它们实际上并不像宇宙中间的一个毛茸茸的洞?

安德鲁:不，很遗憾没有。

凯特-好吧。反正我的想法也被否决了。那么史蒂芬·霍金是怎么参与进来的呢?

整个问题最初是由斯蒂芬·霍金提出的，因为我想之前马特·米德尔顿提到了霍金辐射，这是我们所知道的一种可以摆脱黑洞的机制。黑洞会慢慢地抛出一些碎片，最终，它会失去所有的质量，如果你等待非常非常非常长的时间，它就会消失这是史蒂芬·霍金在理论物理学上的伟大发现之一。但他立即意识到，这提出了一个奇怪的问题，即在物理学中，我们通常认为信息不会丢失。假设我把一些东西扔进黑洞。我想早些时候乔治亚威胁说要把自己扔进黑洞里，假设她这么做了假设她重60公斤，或者差不多，那么黑洞就增长了60公斤。

同样的，我们可以把一袋60公斤重的土豆扔进去这样黑洞就不会知道有什么不同了因为，就像我之前说的，它只有这三个数字所以所发生的只是物质上升了一点。然后，根据斯蒂芬·霍金的“霍金辐射”理论，黑洞消失了，不知何故，格鲁吉亚与一袋土豆不同的所有复杂性都完全消失了。这与我们通常认为的物理中不能丢失信息的想法很不一致。如果你有一个复杂的东西，你不能摆脱所有的复杂性。这就提出了一个问题，你是怎么丢失信息的?

凯特-事情是怎样的，事情是怎样的?

安德鲁:没错。它去了哪里，所以很长一段时间，斯蒂芬·霍金说，“你知道，很难，处理它。信息丢失，这是新的物理定律。”但是…

凯特-我喜欢物理学家…

理论物理学家…

凯特-我们再编一个方程来解释一下……

安德鲁:嗯，你知道，当你陷入困境时，你不得不这样做。但是，他改变了主意。他说，也许，看看事情的发展，看看人们对黑洞如何运作的新想法。也许这些信息并没有以某种方式完全丢失"现在他说的是信息以某种方式被存储了。它以一种非常微妙的方式被储存所以你不能真的看着一个黑洞然后告诉你格鲁吉亚已经掉进去了但是，以一种非常非常微妙的方式，在事件视界本身，它储存了一个微弱的事实的印记那就是格鲁吉亚而不是一袋土豆掉进了黑洞。

凯特:所以，大概，这就是隐喻性的头发，这种边缘的刘海包含了所有这些信息。

安德鲁:没错。你把乔治娅变成了头发。

但是如果黑洞真的记录了这些，这对我们对黑洞的理解，对宇宙的理解，对我们现有的物理理论意味着什么?

安德鲁:如果你能在不丢失信息的情况下理解黑洞的行为方式，那么它真的会为我们指明了解黑洞的下一个层次，特别是，我们真正想要引入的是我们所谓的“量子引力理论”。这将爱因斯坦关于时空扭曲的观点与20世纪另一个伟大的发展相结合，也就是量子力学的观点。历史上很难把这些东西结合在一起，也许，当我们开始理解这些极端的物体，我们会慢慢开始理解，这些东西应该如何结合在一起，以及一个更好的物理理论到底是什么样子。

很简单，很明显，理论学家提出了他们的理论和所有类似的东西，但是，要弄清楚这是否是宇宙运行的方式，你需要测试它。那么，你能解释一下我们如何测试这些信息是否被存储了吗?

哦，天哪，是的，这太难了。我的意思是理论物理学家被称为理论物理学家是有原因的你知道他们真的在尝试突破理论的界限，但不一定能提出测试，所以通常，测试是很落后的。但是，如果你看看黑洞发生了什么，人们认为黑洞的整个概念是无法测试的但现在我们在考虑像视界望远镜这样的东西，所以也许有一天。