雖然物理學(xué)告訴我們，信息既不能被創(chuàng)造也不能被摧毀(如果信息可以被創(chuàng)造也可以被摧毀，那么物理學(xué)的整個存在理由，即預(yù)測未來事件或確定現(xiàn)有情況的原因，將是不可能的)，但它并不要求信息是可訪問的。幾十年來，物理學(xué)家一直認(rèn)為，落入黑洞的信息仍然存在，仍然存在，只是被鎖在了視線之外。
這很好，直到20世紀(jì)70年代，斯蒂芬·霍金發(fā)現(xiàn)了事件視界的秘密復(fù)雜性。事實證明，這些黑暗的野獸并不像我們所相信的那樣簡單，黑洞的視界是整個宇宙中引力與量子力學(xué)明顯相遇的少數(shù)幾個地方之一。
統(tǒng)一量子力學(xué)和引力的探索可以追溯到一個多世紀(jì)前，在這兩個偉大的物理學(xué)領(lǐng)域發(fā)展之后不久。阻礙它們統(tǒng)一的是數(shù)學(xué)中無限的泛濫。只要引力在小尺度上變得強大，我們的方程就會發(fā)散到無窮大，并給出無用的無結(jié)果。但現(xiàn)在我們在黑洞的邊界，根據(jù)定義，這里是強引力的地方。由于事件視界是數(shù)學(xué)構(gòu)造，而不是具有有限范圍的實際表面，因此要真正理解它們，我們必須從微觀上研究它們，從而將它們牢牢地置于量子領(lǐng)域。
小尺度的強重力。當(dāng)我們的數(shù)學(xué)爆炸時，黑洞肯定不會。一定有什么東西將引力和量子力學(xué)結(jié)合起來，某種數(shù)學(xué)技巧或物理洞察力的壯舉，無論完成這項任務(wù)的是什么，都是在宇宙中每個黑洞的視界上完成的。
霍金等人在20世紀(jì)70年代開始了一個項目，利用黑洞事件視界在極端條件下研究引力和量子力學(xué)的結(jié)合本質(zhì)，希望能梳理出它們結(jié)合的一些線索。雖然這個項目還沒有充分發(fā)揮其潛力，但霍金確實發(fā)現(xiàn)了一些關(guān)于黑洞的非凡之處，就好像它們還不夠非凡一樣。
他發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)格來說，黑洞并不是100%黑的。當(dāng)黑洞誕生時，通過現(xiàn)實的量子本質(zhì)和視界形成的奇異相互作用，它們能夠發(fā)射少量的輻射。確切地說，來自黑洞的輻射量幾乎為零。例如，一個質(zhì)量是太陽幾倍的典型黑洞，每年大約會發(fā)射一個光子。所以你不太可能用你家后院的望遠鏡找到一個發(fā)光的黑洞(而且由于宇宙實際上充滿了輻射，黑洞目前消耗的遠遠超過它們發(fā)射的)。
這種輻射，現(xiàn)在被稱為霍金輻射，以紀(jì)念斯蒂芬，在廣義相對論和無毛定理所描繪的黑洞的原始圖景中，是如何破壞的。讓我們假設(shè)你給自己造了一個黑洞，把足夠多的物質(zhì)壓縮到一個足夠小的體積里，一個黑洞就出現(xiàn)在你面前。構(gòu)建黑洞消耗了大量關(guān)于曾經(jīng)享有自由的所有粒子的信息，而所有這些信息現(xiàn)在都安全地隱藏在事件視界后面。
然后你把黑洞與任何生長源隔離開來:沒有物質(zhì)，沒有輻射，沒有能量供它享用。黑洞適時地發(fā)出霍金輻射，每次吐出一個光子。每次發(fā)射，黑洞都會損失一點質(zhì)量(畢竟，天下沒有免費的午餐，總得有人為宇宙中這種新發(fā)現(xiàn)的輻射埋單)。最終，如果你等待的時間足夠長，黑洞會完全蒸發(fā)，消失在一團高能輻射中。
一個問題。霍金輻射毫無特征。在物理學(xué)術(shù)語中，我們說發(fā)射是熱的，這是另一種說法，它不包含唯一信息。你可以坐在自制的黑洞前記錄下每一個霍金輻射粒子的能量和動量，直到它在10100年后自行坍縮，你除了知道黑洞確實在特定溫度下蒸發(fā)這個愚蠢的事實外，什么也學(xué)不到。
這就是黑洞信息悖論，一個困擾理論物理學(xué)半個多世紀(jì)的悖論，這個悖論的解決方案在于量子引力的未知領(lǐng)域，這個解決方案有望帶來對物理學(xué)的新理解:信息進入黑洞。沒有任何信息出來。霍金輻射使黑洞蒸發(fā)。黑洞消失了。信息是不能被銷毀的，那么這些信息都去哪兒了呢?
霍金的推理中一定有缺陷，因為宇宙容不得悖論。當(dāng)兩個對立的群體無法達成妥協(xié)時，政治革命就會發(fā)生:利益和目標(biāo)的悖論。當(dāng)兩個對立的事實無法找到一條共同的線索時，科學(xué)革命就會出現(xiàn):推理和演繹的悖論。
我就直說了。在寫這篇文章的時候，我們還沒有/確認(rèn)/商定的、經(jīng)過測試的、可靠的解決黑洞信息悖論的方法。但我們確實有一系列有趣的線索，數(shù)學(xué)上的蛛絲馬跡似乎把我們帶到了某個地方，還有一些暗示的東西就在地平線上閃閃發(fā)光。