最后一篇署名StephenW.Hawking的論文，公開了。沒錯(cuò)，正是那位今年3月14日逝世的著名物理學(xué)家——史蒂芬·霍金。這是他生前參與的最后一篇論文，甚至知曉論文更新時(shí)，霍金的回應(yīng)已經(jīng)非常艱難。當(dāng)是時(shí)，遠(yuǎn)在美國(guó)哈佛的合作者Perry和Strominger，通過視頻向霍金匯報(bào)最新進(jìn)展，卻不知霍金已近油盡燈枯。“他已很難與人溝通，在我們打開揚(yáng)聲器，解釋完研究的最新進(jìn)展，他以一個(gè)‘大笑臉’作為回應(yīng)?！比欢l也沒想到，幾天之后，霍金就此與世長(zhǎng)辭。那么現(xiàn)在問題來了，這篇霍金生前的最后之作，究竟在研究什么？

黑洞信息悖論

這篇論文名為《BlackHoleEntropyandSoftHair》，署名作者共4人。

一作SashaHaco，劍橋大學(xué)博士生，霍金的“徒孫”；二作霍金；三作MalcolmPerry，劍橋大學(xué)教授，霍金的博士生；四作AndrewStrominger，哈佛大學(xué)教授。

論文主要解決的是“黑洞信息悖論”問題。

這一難題起源可追溯至愛因斯坦。1915年，愛因斯坦提出廣義相對(duì)論，解釋重力如何從物質(zhì)的時(shí)空彎曲效應(yīng)中產(chǎn)生，以及行星為何圍繞太陽旋轉(zhuǎn)。

但是愛因斯坦的理論也對(duì)黑洞做出了重要預(yù)測(cè)，尤其重要的一點(diǎn)是黑洞可以完全由三個(gè)特征來定義：質(zhì)量、電荷和角動(dòng)量。除此之外，所有的黑洞都一模一樣，特質(zhì)被剝奪殆盡。

60年后，霍金提出了他此生最重要理論——黑洞蒸發(fā)理論，即通常所說的“霍金輻射”。

如果將量子理論也計(jì)算進(jìn)去，霍金發(fā)現(xiàn)黑洞并不是完全“黑”：它會(huì)向視界外輻射光子和少量帶質(zhì)量粒子，黑洞的質(zhì)量隨之逐漸變小，蒸發(fā)速度越來越快，最終消亡。

然而，量子力學(xué)的一個(gè)基本規(guī)則就是信息永不消失。如果一個(gè)物體被黑洞吞噬，當(dāng)黑洞本身最后都消失了，物體包含的信息都去哪兒了？

更具體來說，物理學(xué)中的信息指的是每個(gè)粒子的特定狀態(tài)，包括粒子的質(zhì)量、位置、旋轉(zhuǎn)方式、溫度等，還有人的名字、指紋信息這些廣義上的信息。

而黑洞，眾所周知是一種密度極大的物體，可以將黑洞附近的一切物體甚至包括光都吸進(jìn)去。隨著這個(gè)過程，黑洞吸走的不僅是物體，還包含信息。

一直以來，人們都認(rèn)為這些信息將會(huì)永遠(yuǎn)被封存在黑洞中。直到1975年，“霍金輻射”認(rèn)為，黑洞是有溫度的，而且黑洞終將蒸發(fā)，蒸發(fā)后一無所有。黑洞原有的質(zhì)量和能量回到了宇宙中。

這就與量子力學(xué)的基本原理產(chǎn)生了一個(gè)悖論：

黑洞中消失的信息VS信息永不消失的量子力學(xué)規(guī)則。

后來，霍金意識(shí)到，1975年的想法可能是個(gè)bug，黑洞根本不會(huì)蒸發(fā)。當(dāng)霍金輻射逃逸時(shí)，黑洞內(nèi)的信息也泄露了出來，信息依然還在宇宙中，并沒有消失。

光子“軟毛”

所以論文《黑洞熵與軟毛發(fā)》提出了一個(gè)新的觀點(diǎn)，用來解釋那些從黑洞中泄露出來的信息去了哪里。

由于黑洞本身引力巨大，導(dǎo)致它的周圍附近不太可能有其他什么物質(zhì)，因此，你可以將黑洞理解為一個(gè)發(fā)際線已經(jīng)消失的“禿子”。

而光子，則是黑洞附近柔軟的“毛發(fā)”，可以記錄黑洞的“熵”。

任何有溫度的物體，都有熵，黑洞也不例外。熵基本上是對(duì)人們所了解的黑洞的質(zhì)量或旋轉(zhuǎn)的定量測(cè)量。

這篇論文，正是給出了“軟毛發(fā)理論”的計(jì)算方法。

但最大的遺憾是，霍金已無法繼續(xù)參與并推動(dòng)下一步，為人類更深入揭示宇宙未知的奧秘。

意義

論文公開后，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，這是對(duì)霍金科研生涯的最好收尾，這篇論文收集了霍金關(guān)于黑洞量子結(jié)構(gòu)最后的一些研究成果，而過去40年里，霍金都在研究該主題。

但這只是整項(xiàng)研究歷程中一步，還不是最后的完整的答案。

論文合著者、霍金的博士生MalcolmPerry教授說：在此之后，我們面前的未解之謎變少了，但還有一些令人困惑的問題需要解決，我們?nèi)匀粵]有足夠的技術(shù)，來驗(yàn)證霍金的偉大思想。

他還表示，霍金臨終前知曉了研究進(jìn)展，我們正在給這個(gè)難題帶來一縷曙光。只是他再也無法跟我們分享激動(dòng)之情了。

幾位合著者還在此次論文開頭，表達(dá)了對(duì)霍金的敬意：失去我們深愛的朋友與合著者史蒂芬·霍金，我們深感悲痛，他對(duì)黑洞物理學(xué)的貢獻(xiàn)直至生命最后一刻，也會(huì)始終激勵(lì)我們，直到生命盡頭。