为什么霍金曾说黑洞不存在？什么是信息丢失悖论？

~ “身处周遭如一口深井，我不知道黑洞的井底通向哪里，只知道前方的征途是星辰和太阳。”——村上春树

　　今天我们就聊一下关于黑洞的一些常见的问题，从浅至深，希望一文可以让你读懂和理解黑洞。

什么是黑洞？

　　我们关于黑洞定义一开始其实很简单，主要说的就是一个任何物质、甚至是光都无法逃脱的空间区域，这个空间区域就是黑洞，而这个区域的边缘称之为“事件视界”，任何物质或者信息落入视界面就会掉入黑洞的中心，永远都无法逃脱，也就是说这个视界面里面和外面的信息是完全断开的，我们不可能知道里面发生了什么，里面的东西也永远出不来。

　　

　　但是霍金又根据真空中的量子涨落提出了黑洞辐射的理论，认为黑洞在缓慢的向外释放能量，并损失质量，那么等一个黑洞完全消失了，那么之前落入黑洞的所有物质的信息就会全部丢失，这就是黑洞信息丢失悖论，与量子力学所认为的信息守恒不符。

　　霍金随即就提出（这是他猜的，并没有被证实），黑洞和外界的信息只是短暂断开的，称为“表观视界”，这个“表观视界”在未来会消失，之前困在黑洞里的信息并不会丢失，还会重新回到宇宙中，但这个暂时性地隔绝可能不宇宙的年龄还要长，也就是说完全断开和暂时断开的差别是无法被观察到的。我个人觉得霍金在胡扯！

　　

黑洞有多大？

　　我们可以将黑洞想象成一个球体，它的直径与黑洞的质量成正比，也就是一开始形成黑洞的质量或者后来落入黑洞的质量越多，黑洞体积就越大。但是与同质量的天体相比，黑洞还是很小的。这是因为黑洞已经在巨大的引力下把自己的质量已经压缩到了一个非常小的体积，例如：一个质量与地球相当的黑洞，其半径只有几毫米，而地球的半径大约是同质量黑洞的10亿倍。

　　黑洞的半径被称为史瓦西半径，以卡尔·史瓦西的名字命名。因为卡尔·史瓦西首先提出了黑洞作为爱因斯坦广义相对论的解。但是不要忘了宇宙中存在上百亿倍太阳质量的黑洞，这些黑洞的体积依然很大。

　　

落入视界面发生什么？

　　靠近一颗黑洞，我们就看到背景星光被严重的扭曲，但是如果这颗黑洞所在的背景区域没有任何星光，那么我们在靠近黑洞、甚至是穿越视界面的时候不会看到周围环境的任何变化，你甚至不知道你在下落，在做加速运动或者是受到了引力的影响。这是因为爱因斯坦等效原理的一个推论。

　　

　　我们无法区分平坦空间中的加速度和导致空间曲率的引力场之间的区别，由于黑洞背景也没有星光，都是黑乎乎的一片，我们甚至找不到一个参考系能告诉我们在加速下落。

　　

　　然而，一个远离黑洞的观察者如果看到有人掉入黑洞，就会注意到这个人离视界面越近，移动的速度就越慢。因为靠近黑洞视界面的时间比远离黑洞视界的时间要慢得多。但是对于掉入黑洞的人会在很短的时间内穿过视界面。

　　还有一点就是，落入黑洞的人在视界面上的体验取决于引力场潮汐力的大小。视界面上的潮汐力与黑洞质量的平方成反比。也就是黑洞的质量越大，潮汐力就越小。如果黑洞的质量足够大，并不会对我们产生任何影响，我们可以安全的穿过视界面，如果潮汐力足够大，头和脚就会感受到巨大的引力差，我们身体就会被拉伸，物理学上的专业术语是“意大利面化”。

　　

黑洞里面是什么？

　　没有人知道这个问题，但可以几乎肯定的是黑洞里面的东西绝不是我们见过的任何物质形态。广义相对论语言，在黑洞内部有一个奇点，一个引力变得无穷大的点，一旦任何物体穿越视界面都会迅速的撞上奇点，但是广义相对论并不能告诉我们奇点是什么，而且广义相对论也在奇点出崩溃，也就是说并不适用与理解这样的问题。

　　我们需要的是一个量子引力理论，一般认为，这个理论会用别的东西来代替奇点。

　　

黑洞是如何形成的?

　　我们知道黑洞可能会以四种不同的方式形成。最容易理解的是恒星坍缩型黑洞。一个质量足够大的恒星在核聚变停止后就会坍缩形成一个黑洞，因为当聚变产生的辐射压力停止时，物质就会开始向自身的引力中心下落，密度越来越大，最终没有任何东西可以克服恒星表面的引力，这样一个黑洞就被创造出来了。这些黑洞被称为“恒星质量黑洞”，是最常见的黑洞。

　　

　　下一个常见的黑洞类型是“超大质量黑洞”，它通常位于星系的中心，其质量大约是太阳质量黑洞的数十亿倍到数百亿倍。准确的说，这些超大质量黑洞的形成目前还不完全清楚。但我们一般认为它们最初是一个质量不叫小的恒星质量黑洞，在恒星和黑洞比较稠密的星系中心，通过互相合并以及吞噬了其他恒星不断成长成超大质量黑洞的。

　　更有争议的观点是原始黑洞，它们很可能是在早期宇宙中大密度波动下形成的。虽然这有可能，但目前很难找到一个既可以产生原始黑洞，又不会形成太多原始黑洞的模型。

　　

　　最后是一个非常具有推测性的黑洞，那就是在大型强子对撞机中可以产生类似于希格斯玻色子质量的微小黑洞。这种情况只有在我们的宇宙存在额外维度时才有效。但目前我们并没有发现额外的维度。

　　

我们如何知道黑洞的存在？

　　关于黑洞从理论到现实，我们有很多的观测证据，起初我们是通过引力作用发现黑洞的。例如在银河系中心，我们就发现了大量恒星在绕一个不发光的点高速运转，根据引力定理就可以知道这个中心点质量得有几百万倍的太阳质量。

　　像宇宙中一些星系中心更大质量的黑洞，由于其异常活跃，还会产生一些可观测的光学效应，例如：黑洞吸积物质后会在吸积盘辐射出X射线，还会再中心形成明显的射电源。我们正是利用黑洞的这些性质获得了有史以来第一张黑洞照片。

　　

为什么霍金曾经说黑洞不存在？

　　这句话有点断章取义了，其实霍金想表达的意思不在这，黑洞是真实存在的。他想说的是，他认为黑洞没有一个永恒的事件视界，而是有一个短暂的表观视界，为了解决黑洞信息丢失的问题。不过这就是他猜的。

　　

黑洞是如何发出辐射，损失质量的？

　　黑洞是通过量子效应发出辐射的。需要注意的是，这是物质的量子效应，而不是引力的量子效应。量子力学认为真空不空，在极短时间内存在正反虚粒子对的产生和湮灭，并将能量归还给宇宙，但如果这种量子效应发生在黑洞视界面的边缘，那么其中一个虚粒子就会落入黑洞，而另外一个虚粒子就会从黑洞中窃取能量变为实粒子发生逃逸，并于附近的反实粒子发生湮灭释放能量。

　　黑洞发出的辐射最初是由斯蒂芬·霍金提出的，被称为“霍金辐射”。这种辐射的温度与黑洞的质量成反比，黑洞越小，辐射温度越高。对于我们目前所知的恒星和超大质量黑洞，其辐射温度远低于宇宙微波背景辐射的温度，因此无法根本就无法探测到这样的效应。毫不夸张的说，我们人类未来都可能无法验证霍金的这个说法。

　　

什么是信息丢失悖论？

　　信息丢失悖论是由霍金辐射引起的。这种辐射是一个纯热的过程，这意味着除了有一个特定的温度外，辐射是完全随机的。而且这些辐射不包含任何关于黑洞形成，以及之前落入黑洞物体的任何信息，但是当黑洞发出辐射时，它会失去质量并且逐渐收缩。最终，黑洞将完全转化为随机辐射。也就是关于黑洞之前如何形成，以及落入黑洞的物体的信息就会丢失，但量子力学不允许这样的情况出现。

　　因此，黑洞的蒸发与我们所知道的量子理论是不一致的，必须有所让步。必须以某种方式消除这种不一致性。大多数物理学家认为，解决的办法是霍金辐射必须以某种方式包含这些信息，或者这些信息可以以其他的方式逃离黑洞。

　　

如何解决黑洞信息丢失问题？

　　这完全属于物理学的前沿问题，而且也是无法用科学去证伪的问题，人们曾提出过很多假设，例如：黑洞可能会有另外一个维度的白洞相连，从黑洞进入的物质信息会从白洞被吐出来；还有黑洞其实是一个虫洞的入口，连接着另外一个时空，物质信息也可以出来。这些完全超出了我们人类可验证和观测的范围和能力。目前看来，这些猜测都毫无意义。

　　而且霍金为了补自己这个坑，他提出黑洞其实有一种储存信息的方式，这种方式以前一直被人们忽视了。其实物质信息就储存在黑洞视界上，并能引起霍金辐射中粒子的微小移动。在这些微小的变化中，可能存在着关于正在消失的物质的信息。很玄乎，还是无法被证实。

　　以上就是关于黑洞的一些问题，目前我们可以确信黑洞的存在，我们能在宇宙中找到它们，也知道它们是如何形成的，最终又是如何消失的。但是，进入黑洞的信息的具体去向仍有待我们研究！

霍金之所以说黑洞不存在，是因为他有探讨的依据，信息丢失悖驳论就是针对信息丢失方面的理论。

霍金提出量子论和广义相对论虽然相互矛盾却仍然保持各自的正确性，进入黑洞里的光子，向外逃出时会碰到一个边界，他称之为防火墙。他是想解释防火墙的不存在，而并非黑洞不存在。

因为霍金认为黑洞与量子力学所认为的信息守恒不符，所以不同意黑洞的存在，信息丢失悖论是:落入黑洞的全部物质会消失不见。

---

江阴市13049627947： ＂霍金为什么能够判定黑洞并不存在＂ - ？
宏叔丁苯： 霍金?你确定是霍金吗?他有说过不存在么? 不过倒是有些理由可以推翻黑洞的假设,比如假如有一个宇航员掉进黑洞,黑洞引力场会越来越强,导致宇航员身体各部位受力不均,宇航员会被拉长,(先不管他死不死)变成一根肉棒子,而引力会继续作用,导致宇航员变得无限长,但我们知道黑洞的视界范围是有限的,不能放下无限长的东西,也就是说宇航员会倒顶出来,好像一个人吃一跟筷子,咽不下去,会卡住,但爱因斯坦说过黑洞视界范围内的一切都不会与外界有任何联系,如果黑洞存在,掉进取得宇航员会变得不限长……总之,要么黑洞能容下无限长的东西,要么黑洞中的东西可以出来,但这都不可能,于是有人提出黑洞不存在

江阴市13049627947： 霍金为什么推翻了「黑洞」理论?「灰洞」又是什么? - ？
宏叔丁苯： 霍金并不是说黑洞不存在,那是翻译的问题,霍金的意思是说以前对黑洞的观点是不全面的,由于黑洞的防火墙机制导致熵的变化不符合相对论和量子论,所以黑洞中的信息会以另外的方式泄露出来,因此黑洞并不是以往认为的那样绝对黑暗,因此用灰洞来描述更准确.另外如果能证明黑洞并不是完全黑暗,那么量子论和相对论两者必定有一个理论会受到影响,甚至两个都会,这也算是一个很重要的发现吧!

江阴市13049627947： 黑洞是否存在?为什么最近科学家推出黑洞不存在?怎么推出的? - ？
宏叔丁苯： 所谓吞噬一切的“黑洞”被霍金推翻 霍金推出修正后黑洞理论最新研究成果 本报综合报道 英国著名物理学家史蒂芬·霍金2004年07月21日向学术界宣布了他对黑洞研究的最新成果.他认为,黑洞不会将进入其边界的物体的信息淹没,反而会...

江阴市13049627947： 如何看待霍金发布论文称黑洞不存在 - ？
宏叔丁苯： 霍金不是真的说黑洞不存在,而是event horizon事件视界不存在.其实就是说霍金认为现今科学界对黑洞的传统理解有误,给出了更新的理论来定义黑洞.

江阴市13049627947： 关于霍金说的黑洞不存在的一些疑问. - ？
宏叔丁苯： 就说黑洞是不存在的,不过“灰洞”的确存在.经典黑洞理论认为,任何物质和辐射都不能逃离黑洞,而霍金最新理论认为,物质和能量在被黑洞困住一段时间后,又会被重新释放到宇宙中.据《大众科学》报道,霍金推翻了自己的黑洞理论,他发论文称:由于找不到黑洞的边界,因此黑洞是不存在的.霍金认为,视界线(光无法逃离的黑洞的边界)与量子理论是矛盾的,不存在视界线,因而也没有黑洞.有网友说,科学是发展的,自我否定是正常的.

江阴市13049627947： 黑洞是霍金的假设还是真实存在的? - ？
宏叔丁苯： 存在. 黑洞的形成 跟白矮星和中子星一样,黑洞很可能也是由恒星演化而来的. 当一颗恒星衰老时,它的热核反应已经耗尽了中心的燃料(氢),由中心产生的能量已经不多了.这样,它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量.所以在...

江阴市13049627947： 霍金的宇宙黑洞论是否真是存在? - ？
宏叔丁苯： 黑洞论是真是存在的.黑洞是现代广义相对论中,宇宙空间内存在的一种天体.1916年,德国天文学家卡尔·史瓦西(Karl Schwarzschild)通过计算得到了爱因斯坦引力场方程的一个真空解,这个解表明,如果将大量物质集中于空间一点,其...

江阴市13049627947： 霍金为什么说黑洞不黑 - ？
宏叔丁苯： 因为霍金根据量子理论推导出黑洞具有温度,只比绝对零度高百分之一K到百万分之一K,有温度的物质我们都知道就会产生辐射,便预言出“霍金辐射”.他是这样解释为什么黑洞引力无限大却能产生辐射:黑洞视界外的空间存在量子起伏,...

江阴市13049627947： 霍金为什么说黑洞不黑？
宏叔丁苯： 呵呵,我给你 最简单的回答吧. 黑洞黑是指所有的物质进入黑洞都不能出来,连光都被吸进. 说黑洞不黑,是因为黑洞并不是只进不出,因为他有时会放射伽马射线,还有楼下说的霍金辐射. 明白不?楼主?他们都是复制的,阅读起来很复杂,我的通俗易懂,选我吧,不懂接着问

江阴市13049627947： 斯蒂芬·霍金提出的黑洞悖论是怎样说的? - ？
宏叔丁苯： 1976年,霍金称自己通过计算得出结论,黑洞一旦形成,就开始向外辐射能量,但这种辐射并不包含黑洞内部物质的“信息”.最终黑洞将因为质量丧失殆尽而消失,而那些黑洞内部的...