量子黑洞

黑洞的量子理论似乎导致了物理学中的一个新的不可预测性层次,它超出了与量子力学有关的通常的不确定性.这是因为黑洞看来具有内在熵,并使信息从我们所在的宇宙区域中失去.我应当指出,对这些说法是存在争议的:许多研究量子引力的人–包括从离子物理学进入这一领域的几乎所有人–都本能地反对关于一个系统的量子状态的信息可能丢失的概念.但是,他们证明信息能够从黑洞中取出的努力并没有取得成功.最终我相信,他们将不得不接受我的看法,即信息丢失了,正如他们不得不承认黑洞发出辐射这一看法一样(此观点同他们的所有先入之见相矛盾).

　　引力是一种吸引性的力,这意味着它倾向于使宇宙中的物质聚拢来形成诸如恒星和星系的天体.这些天体可以为此一段时间而不发生进一步的收缩–对于恒星来说是靠热压力,对于星系来说则是靠旋转和内部运动来防止进一步的收缩.但是,这一热量或角动量最终将逐渐丧失,于是天体将开始收缩.如果天体质量小于一个半太阳质量,则收缩可因电子或中子的间并压力而停下来.此时天体将分别变成白矮星或中子星.但是,如果天体质量大于这一极限,则没有任何力量能够阻止它继续收缩辖区.一旦它收缩到某一临界尺寸以后,其表面上的引力场将变得非常强,以致于光锥向内弯曲….你可以看到,甚至向外的光线都最彼此相向地弯曲,这样就成了会聚而不是发散.这意味着存在一个闭合的捕获表面….

　　因此,必定存在一时空区域,从该区域不可能逸出到无穷.这一区域称为黑洞,它边界称为事界,则是一个由那些刚好不能逸出到无穷的那些光线形成的零表面.当一个天体坍缩而成黑洞时,大量的信息就丢失了.描述坍缩天体的参数是非常之多的,有物质的类型和质量分布的多极矩等.但是所形成的黑洞完全与物质的类型无关,而且很就失去了所有的多极矩,除开头两种多极矩以外(即单极矩与偶极矩,前者是质量,后者是角动量).

　　在经典理论中这一信息丧失不是至关重要的.人们可以说,关于坍缩天体的所有信息仍然还在那黑洞内部.黑洞外面的观察者很难确定坍缩天体是什么样子.但是,在经典理论中,原则上仍是能够确定的.观察者永远不会真正看不见坍缩的天体.相反,坍缩天体在接近事界时将会显得越来越慢,变得非常暗淡.但是观察者仍然能够看见它的构成以及质量分布的情况.

　　然而,量子理论改变了所有这一切,首先,坍缩天体穿越事界前将只发射出有限数目的光子,这些光根本不足以携带有关坍缩天体的所有信息,这就意味着,在量子理论中,外面的观察者没有任何办法可以测量坍缩天体的状态.人们可能意味这一点无关紧要,因为信息仍将存在于黑洞的内部,即使无法从外面测量它,但是,量子力学对黑洞第二种影响在此将发挥作用…..

　　量子理论使黑洞发出辐射并损失质量.最终它们似乎完全小时,带走了它们内部存储的信息.我将论证这一信息的确是丢失了,不会以某种形式恢复.我将要证明,这一信息丧失把一个新的不可预测性的层次引入到物理学中,它超出了与量子力学有关的通常的不确定性.遗憾的是,与海森堡的不确定性原理不同,对于黑洞,这一额外的层次将很难用实验加以验证.