黑洞信息悖論：宇宙中信息是守恒的 黑洞除外

　　北京時間8月6日消息，據國外媒體報道，宇宙真的很愛惜自己的信息：宇宙不喜歡創造新的信息，它也不喜歡銷毀已有的信息。

　　事實上，用“喜歡”這個詞實在是太弱了。至少就我們目前所知——并且我們已經非常非常努力地工作去進行驗證，我們發現宇宙中的信息從來不會被創造出來，也從來不會被毀滅，用最簡單的話來說：宇宙中信息是守恒的。

　　黑洞除外。這是咋回事，我們來解釋一下。

　　首先，我們需要定義一下什么是信息，以及為什么信息應當被保存下來。物理學基于決定論：我們可以運用物理學原理去預測一個系統的未來變化，這是物理學的意義所在。不論這是盒子中的一個粒子，還是一次復雜的化學反應，抑或是整個宇宙，我們的物理學知識讓我們可以做出明確而可靠的預測，憑借我們對于當下的知識去預言未來。

　　同樣的方法也可以帶領我們回溯過往。如果我們了解一個系統，那么可以延伸至未來的物理學定律也同樣適用于過去，我們可以向前或者向后撥動時鐘，觀察這個系統在過去曾經如何發展，以及在未來將會如何發展。

　　正是這種可逆性讓我們得到了信息可以被保存的結論。如果我們完全了解一個系統——其中所包含的每一個粒子的位置和速度，所有粒子的自旋和電荷，以及所有其他情況，那么物理學定律將可以告訴我們這些粒子在過去和未來的演變情況。這也就表明，一個系統的原始信息是隨時間動態存儲的，它們只是歲時間變化，而沒有被創造或者毀滅。

　　再見，黑洞

　　乍一看，黑洞似乎是對信息的威脅——物質會落入黑洞，和它所攜帶的信息一起被消滅掉。但從一個外部觀察者的角度，比如我們的角度看上去，其實沒有任何東西落入了黑洞——它們只是越過了一個邊界。因此對于信息來說這似乎并非什么大事，它沒有被毀滅，也沒有被創造。

　　但是黑洞似乎會“蒸發”，這可能會引發一些問題。

　　英國物理學家史蒂芬·霍金在上世紀1970年代最先發現，黑洞并非完全是黑的。它們會發“光”，盡管非常非常微弱。這就是所謂的“霍金輻射”，但這種輻射基本全都是以熱量的形式。它就類似于散熱，就像你身體的體溫散熱一樣。

　　這就意味著黑洞輻射的數量和溫度只取決于黑洞本身的質量，自轉和電荷。除此之外沒有任何其他因素。也就是說，不管你往黑洞里丟什么，不管是一本書，一只貓還是一艘宇宙飛船，它發出的霍金輻射都將是一樣的。

　　這樣一來，情況就會出問題。隨著黑洞“蒸發”，它會損失能量，這意味著它損失質量，最終消失——黑洞會和它攜帶的信息一同消失?

　　也就是說，如果信息無法跟隨霍金輻射一同從黑洞中逃離出來，而黑洞本身會逐漸消失，那么那些信息會發生什么?它們會消失嗎?這樣可就和前面說到的宇宙信息守恒原則相違背了。于是，一個悖論產生了。怎么辦?

　　新的物理學

　　我們目前并沒有解決黑洞信息悖論的良方，但這并不妨礙聰明的科學家們設想一些可能的潛在方案。

　　比如說，有人提出，這些信息或許并沒有消失。盡管這看上去簡單，但這個方案幾乎意味著重寫全部物理學。到目前為止黑洞是唯一一個讓我們在信息守恒這一點上進退兩難的對象，因此，就為了解決黑洞的信息問題，真的值得我們重寫整個物理學嗎?但是話又說回來，在物理學史上，這也不是我們第一次把物理學整個推倒重來了，而且黑洞也確實是一個很有說服力的對象。

　　也或許，霍金輻射要比我們目前了解的更加復雜深刻;或許黑洞中的信息真的以某種方式“滲入”了霍金輻射之中并逃離了黑洞;或許霍金最開始進行的分析太過于簡單了;或許透過對霍金輻射細致的分析，我們可以從中找到線索，復現出產生它的書本，小貓和宇宙飛船，從而證明霍金輻射確實攜帶了其內部的信息。

　　這個想法很好，可以挽救整個物理學，讓黑洞信息問題不再存在，可問題是，似乎這種情況真實存在的可能性不太高。

　　當然還有其他很多很多的理論，比如說落入黑洞的信息被傳輸到了另外一個時空等等。但不管如何，至少在目前為止，我們還沒有確切的回答。

　　不過，黑暗之中也有光明，最簡單的一點：不管哪一個理論最終勝出，它幾乎都將導向全新的物理學，讓人類獲得更加深入的物理學洞察。不管我們最終如何得以解決這個悖論問題，人類都將加深對于宇宙本質的了解。
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