2004年7月21日对于众多的黑洞物理学家来说是一个重要的日子。在爱尔兰都柏林举行的第17届国际广义相对论和引力大会上，坐在轮椅上的霍金，用他著名的、带有金属混响的人工合成声音庄严地宣称：“我想报告的是我已经解决了理论物理中的一个主要问题。”霍金用这句话做开场白，侃侃而谈，详尽地讲述了他关于黑洞信息佯谬的新见解。然而，具有讽刺意味的是，这个佯谬本来就是霍金自己提出的。现在他改变了主意，推翻了自己的原有想法。

爱因斯坦说：上帝不掷骰子。”

与经典物理相比而言，量子物理的最大特点在于它是非决定论的。为此，尽管爱因斯坦为量子论的创建作出了重大贡献，但却一直不喜欢量子力学，尤其反对量子力学的哥本哈根诠释，并用这样一句话来表达自己的反感：“上帝不掷骰子。”霍金是将量子力学应用到黑洞理论的始作俑者。霍金在30年前是这样修正爱因斯坦的话的：“上帝不只是掷骰子，还把骰子掷到我们看不到的地方。”

所谓黑洞，是时空的一个区域，这个区域内的引力非常强大，以至于任何东西，甚至光都不能从中逃逸出来。长期以来，科学家们认为黑洞会吞噬掉一切。但到了1976年，霍金提出，黑洞一旦形成，就会开始“蒸发”，即辐射出能量，同时损失质量，这种辐射亦称为“霍金辐射”。

霍金这一理论是黑洞研究中的一个重大进展。但与此同时，他“制造”出了一个新的难题。霍金认为，黑洞辐射并不含有任何黑洞内部的信息，在黑洞蒸发殆尽之后，所有信息都会丢失。而根据量子力学的定律，信息是不可能被彻底抹掉的，霍金的说法与之产生了矛盾，是谓“黑洞信息佯谬”。1994年在英国剑桥大学的伊萨克 ? 牛顿数学研究所的系列讲演中，霍金曾经这样说：“当一个天体坍缩而成黑洞时，大量的信息就丢失了量子理论使黑洞发出辐射并损失质量。最终它们似乎完全消失，带走了它们内部储存的信息。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人到物理学中，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，这一额外的层次很难用实验加以证明。”

1997年2月6日，美国加州理工学院的普莱斯凯尔教授提出了相反的观点，认为黑洞能释放隐藏在其内的信息。为此，霍金与加州理工学院另一位教授索恩一起和普莱斯凯尔打赌，黑洞到底能不能释放信息。现在，霍金改变了主意，“上帝没有把骰子掷到我们看不到的地方”，他向普莱斯凯尔认输。

科幻小说迷们太失望了

为了不与量子物理定律相冲突，避免掉入黑洞的信息被彻底消灭，霍金原先的想法是信息被送人了另一个宇宙。这一想法给科幻小说家提供了丰富的题材，由此而陪伴科幻小说迷们度过了多少个不眠之夜。现在，霍金否定了自己的说法，他认为信息并没有通过强引力场送到另一个宇宙，而是泄回到我们自己的宇宙。任何信息不能跑到另一个世界，实在令科幻小说迷们太失望了。霍金解释道：“如果信息是守恒的，利用黑洞到另一个世界去旅行将是不可能的。为此，我向科幻小说迷们道歉。”

也许，科幻小说家又会制造另一类的故事，当你掉入黑洞以后又会被发射出来，回到你的朋友中间讲述你的黑洞奇遇记。你可千万不要上这个当，因为进去的是你，出来的可不是你。尽管构成你的信息不会丧失，然而不再是原来的形式。对此，霍金又解释道：“假如你跳入黑洞，你的质量和能量将会回到我们的宇宙，但是以一种彻底分化与瓦解的形式出现。它含有的信息正如你原来所拥有的那样，但是它是以不能加以辨别的状态出现的。”

喜欢打赌的黑洞物理学家

在历史上关于黑洞的著名打赌已经有了四次。第一次是已故的诺贝尔奖获得者钱德拉塞卡和索恩关于旋转黑洞的稳定性问题打的赌。结果是索恩赢。钱德拉塞卡要为索恩订《花花公子》杂志一年，索恩的母亲和妹妹是两位男女平等主义者，于是索恩要钱德拉塞卡订购了《听众》杂志。第二次是1975年关于天蝎座X-1（X指X射线源，1代表天蝎座中最亮的星）是否包含黑洞打赌。霍金说，他对黑洞做了很多研究，如果发现黑洞不存在，一切都将成为徒劳，但在这种情况下，他将得到赢得赌局的安慰，索恩将为他订购4年的《私家侦探》杂志。后来，人们积累了越来越多对黑洞有利的观测证据，霍金也只好认输，为索恩订阅了1年的《阁楼》，据说这一次引来了索恩夫人的不满。第三次是在1991年，霍金又与索恩、普莱斯凯尔赌上了，这次赌的是裸奇点是否存在。霍金认为奇点只存在于黑洞围绕的时空奇点。1997年2月5日，霍金承认，在特殊的情况下裸奇点是可以形成的，然后输给了索恩和普莱斯凯尔两件可以用来“遮蔽裸体”的T恤衫，上面写着“自然界憎恨裸奇点”。第四次，也就是霍金、索恩与普莱斯凯尔关于黑洞信息的赌。

综上所述，四次“豪”赌，索恩参加了四次，赢了三次输了一次；霍金参加了三次，每次都输；普莱斯凯尔参加了两次赢了两次。尽管霍金每赌必输，然而“赌性”难改，他的下一次赌一定是7月21日的报告是否真正解决了“黑洞信息佯谬”。

最终解决问题的三条道路

如今霍金认为黑洞内部的信息并不会丢失，这究竟是不是问题的最终答案呢？霍金的剑桥同事吉邦斯称，霍金的新理论或许能够解决黑洞信息佯谬，但还有待于同行的检验。不少物理学家则表示，谨慎地认为，霍金可能会提出一些令人兴奋的想法，但对62岁的霍金能否彻底解决黑洞信息佯谬这个非常复杂的问题，他们大多表示怀疑。

事实上，要根本解决这个问题，首先要解决引力量子化的问题。后者是21世纪物理学中最大的难题，尽管许许多多的睿者，包括中国学者在内正在为此而奋斗。当前，似乎找到了前进的罗盘，但不知道何时才能抵达胜利的彼岸。

在通向量子引力的众多不同的道路中，取得进步最多的有三条道路。假定量子引力应该产生于相对论和量子理论这两种理论的统一，那么，其中两条路或许就不会料想不到。一条路线起步于量子理论，在这条路线中所用的许多思想和方法最初产生于量子理论的其他部分。那么，还有一条路是起步于相对论，沿着这条路，人们从爱因斯坦广义相对论的基本原理开始，寻求对它的修正以包括量子现象。这两条路中的每一条都导致了解决得很好并且部分成功的量子引力理论。第一条路产生了弦论，而第二条路导致了尽管名字看起来很类似，却是不同的一种理论，称为圈量子引力。除了弦论和圈量子引力以外，一直还存在着第三条路。这是下述那样的人采取的路径，认为相对论和量子理论缺点太多太不完善，不适于作为起点，而抛弃了它们。在这第三条路上有人发现了一个起初似乎不与任何其他东西相关联的数学结构。这包括非交换时空、自旋网络和拓扑斯等等。

也许天才的霍金给我们又提出了一个天才的问题，而不是一个天才的答案。作为一个乐观的估计，在十年之后我们会有一个最终的量子引力答案，也就会有了黑洞信息佯谬的最终：的答案，在二十年以后这个答案会出现在中学生的教科书当中。

[作者为上海师范大学天体物理联合研究中心教授]

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想象一颗具有10倍太阳质量的恒星，在它大约10亿年寿命的大部分时间里，释放出的能量会产生足够的压力，以支持该恒星去抵抗自身的引力，这就产生了半径约为太阳半径5倍的物体。从这种恒星表面的逃逸速度大约是每秒1000公里。也就是说，一个以小于每秒1000公里的速度从该恒星表面点火垂直上升的物体，会被恒星的引力场拖曳回到表面上来，而具有更大速度的物体会逃逸到无穷远去。

当恒星耗尽其核能，那就没有东西可维持其向外的压力，恒星就由于自身的引力开始坍缩。当它的半径缩小到30公里，其逃逸速度就增加到每秒30万公里，也就是光的速度。从此以后，任何从该恒星发出的光都不能逃逸到无穷远，因为根据狭义相对论，没有东西可能比光的速度更快。这样，如果光都不能逃逸，别的东西就更不可能。