內容概要
量子黑洞，即黑洞的量子理論，它超出了與量子力學有關的通常的不確定性。這是因為黑洞看來具有內在熵，並使信息從我們所在的宇宙區域中失去。我應當指出，對這些說法是存在爭議的：許多研究量子引力的人--包括從離子物理學進入這一領域的幾乎所有人--都本能地反對關於一個系統的量子狀態的信息可能丟失的概念。但是，他們證明信息能夠從黑洞中取出的努力並沒有取得成功。最終我相信，他們將不得不接受我的看法，即信息丟失了，正如他們不得不承認黑洞發出輻射這一看法一樣。
量子黑洞分析
黑洞的量子理論似乎導致了物理學中的一個新的不可預測性層次,它超出了與量子力學有關的通常的不確定性.這是因為黑洞看來具有內在熵,並使信息從我們所在的宇宙區域中失去.我應當指出,對這些說法是存在爭議的:許多研究量子引力的人--包括從離子物理學進入這一領域的幾乎所有人--都本能地反對關於一個系統的量子狀態的信息可能丟失的概念.但是,他們證明信息能夠從黑洞中取出的努力並沒有取得成功.最終我相信,他們將不得不接受我的看法,即信息丟失了,正如他們不得不承認黑洞發出輻射這一看法一樣(此觀點同他們的所有先入之見相矛盾).引力是一種吸引性的力,這意味著它傾向於使宇宙中的物質聚攏來形成諸如恆星和星系的天體.這些天體可以為此一段時間而不發生進一步的收縮--對於恆星來說是靠熱壓力,對於星系來說則是靠旋轉和內部運動來防止進一步的收縮.但是,這一熱量或角動量最終將逐漸喪失,於是天體將開始收縮.如果天體質量小於一個半太陽質量,則收縮可因電子或中子的間並壓力而停下來.此時天體將分別變成白矮星或中子星.但是,如果天體質量大於這一極限,則沒有任何力量能夠阻止它繼續收縮轄區.一旦它收縮到某一臨界尺寸以後,其表面上的引力場將變得非常強,以致於光錐向內彎曲....你可以看到,甚至向外的光線都最彼此相向地彎曲,這樣就成了會聚而不是發散.這意味著存在一個閉合的捕獲表面....
因此,必定存在一時空區域,從該區域不可能逸出到無窮.這一區域稱為黑洞,它邊界稱為事界,則是一個由那些剛好不能逸出到無窮的那些光線形成的零表面.當一個天體坍縮而成黑洞時,大量的信息就丟失了.描述坍縮天體的參數是非常之多的,有物質的類型和質量分布的多極矩等.但是所形成的黑洞完全與物質的類型無關,而且很就失去了所有的多極矩,除開頭兩種多極矩以外(即單極矩與偶極矩,前者是質量,後者是角動量).
在經典理論中這一信息喪失不是至關重要的.人們可以說,關於坍縮天體的所有信息仍然還在那黑洞內部.黑洞外面的觀察者很難確定坍縮天體是什麼樣子.但是,在經典理論中,原則上仍是能夠確定的.觀察者永遠不會真正看不見坍縮的天體.相反,坍縮天體在接近事界時將會顯得越來越慢,變得非常暗淡.但是觀察者仍然能夠看見它的構成以及質量分布的情況.
然而,量子理論改變了所有這一切,首先,坍縮天體穿越事界前將只發射出有限數目的光子,這些光根本不足以攜帶有關坍縮天體的所有信息,這就意味著,在量子理論中,外面的觀察者沒有任何辦法可以測量坍縮天體的狀態.人們可能意味這一點無關緊要,因為信息仍將存在於黑洞的內部,即使無法從外面測量它,但是,量子力學對黑洞第二種影響在此將發揮作用.....
量子理論使黑洞發出輻射並損失質量.最終它們似乎完全小時,帶走了它們內部存儲的信息.我將論證這一信息的確是丟失了,不會以某種形式恢復.我將要證明,這一信息喪失把一個新的不可預測性的層次引入到物理學中,它超出了與量子力學有關的通常的不確定性.遺憾的是,與海森堡的不確定性原理不同,對於黑洞,這一額外的層次將很難用實驗加以驗證。
製造量子黑洞
從發明粒子加速器起近80年時間裡，物理學家們已經用它們做了些很奇妙的工作，如分裂原子、
改變元素、製造反物質以及製造以前從未在自然界中觀測到的粒子。不過，幸運的話不久他們就可以迎接一項新的挑戰，這將使以前的成果黯然失色。這些加速器也許會製造出宇宙中最為神秘的物體：黑洞。