牛油果按：

不久前在arXiv杂志预印本上，发表了一篇“身份特殊”的文章，这是一个系列的第三篇，围绕黑洞储存的信息展开。文章充斥着一条条贴着醒目的霍金标签的词汇：黑洞、霍金辐射、霍金等式、信息悖论。是的，它在霍金去世之前的几天才刚刚完成。

黑洞是一种密度极大的特殊天体，时空会在这里发生扭曲，它一般由行星坍缩或巨星向内塌陷而产生。巨大的质量被压缩在极小的体积内，这么大的密度，对应的引力当然也是巨大的。

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关于黑洞信息悖论

经典物理学认为，没有什么能逃脱黑洞的引力，连光也不例外。于是，黑洞成了经典物理学里貔貅一般的存在，只不断吞噬，却从不输出，这和我们在课本上所学到的一致。

然而早在1972年，霍金通过计算提出，黑洞可能也有“温度”，这使得它会向外缓慢释放出黑体辐射，黑洞不是只进不出的！

大多数的热量都是以红外光的形式向外辐射，一些材料虽然不透明，例如黑色塑料袋，但是红外光可以轻松穿过，一些材料是透明的，例如眼镜，红外光却不能穿过 。

理论上的黑体（黑色物体吸收更多的热量，理论黑体则会吸收所有波段的电磁波，所以夏天穿白衣服更凉快！）也会向外辐射，就像灯泡一样，只是功率要小得多得多。

温度为T的黑体向外辐射的功率为：

B(T)=δT^4 (W/m2)

这里δ是玻尔兹曼常数，数值非常小，δ=5.67×10ˆ-8 (W/m2·K4)

放出的辐射会带走黑洞的能量，根据质能方程E=mc^2，这也就意味着黑洞的质量会慢慢变小，最后完全蒸散殆尽，黑洞的生命也就走到了尽头。这就是著名的霍金辐射理论，它的存在意味着黑洞也有寿命。死亡之后，黑洞原来的地方只剩下了真空，它轻轻的来，又轻轻的走，但是带走了所有的云彩。

那么问题来了，黑洞一生当中吸收了那么多的东西，最后就这样消失了，吸入的所有物质信息在黑洞死亡之后没有了去向，这不符合现代量子物理学的信息守恒原则。霍金陷入了困境。

2004年7月21日，在爱尔兰都柏林举行的“第17届国际广义相对论和万有引力大会”上，英国传奇科学家斯蒂芬·霍金教授宣布了他对宇宙黑洞的最新研究结果，霍金的态度来了个180度转弯，表示自己原来的观点错了，黑洞并非如他和其他大多数物理学家以前认为的那样，对其周遭的一切“完全吞食”，事实上被吸入黑洞深处的物质的某些信息实际上可能会在某个时候释放出来：信息守恒。

霍金的尝试

在2016年，霍金和他的团队提出了一种新颖的假说，他们认为，至少有部分信息保存在黑洞的“柔毛层”（soft hair）中，柔毛层由光子（组成光的微粒）和引力子（假想中引力所对应的微粒）组成。这些粒子围绕在黑洞的视界（event horizon），也就是黑洞周围光可以逃离的边界。

在这篇最新的文章里，霍金和他的团队找到了一个新的机制，它可以帮助我们计算黑洞柔毛层里储存的信息量，即使这个新机制目前还只是基于一种理论假设。

实际上，柔毛层本身、引力子，还有这个新的机制统统都是基于假说，但这并不影响这个看起来是“空中楼阁”的理论成为大家关注的焦点，因为它可以与霍金的另一个代表成就相契合。这个重要成果是被称为“霍金等式”的公式，它描述了黑洞进行黑体辐射的方式。作为霍金最杰出的成果之一，这一公式也被铭刻在了他的碑石上。

霍金长眠与牛顿为邻

宇宙的本质是无序

如果假说成立，柔毛层里储存的将是一种很原始的信息——熵（entropy）。

我们把系统的无序程度叫做熵。桌角碰倒的水杯，挥发不见的樟脑丸，生物体腐败分解变质，都是熵增的过程。从有序到无序，从能量的聚集到释放，宏观来看，我们所处的世界正处在熵值不断增加，能量向外释放的漫长演变之中。

每一个孤立的系统，最终都会走向无序，而保持有序的唯一方法就是注入能量，或者说对它做功。一杯沸腾的水比在常温下有更高的熵值。

做功导致熵值的变化，这本身就是一种信息，同样是一群人，各自居于一隅，忙着自己的事，和挤在晚6点，驶离体育西的3号线里，踩在陌生人的脚上玩手机，两种状态是截然不同的。毫不相干的人会因为外界的力量，被集中，被压缩，之后又各自下车，离别，汇入到城市不同的角落去，这中间的经历就是一种信息，环境的变化在熵值上得到体现。

黑洞也是一样，吞进来的东西会改变黑洞的温度，带来的熵值变化就被储存在柔毛层里。霍金和他的同事也已经证实了这个结论。

在卫报的访问过程中，霍金的另一位同僚，来自剑桥理论物理学教授Malcolm Perry表示，他在霍金去世前就已经了解了这项工作的结果，在给霍金做了一番说明之后，霍金对他报以了一个“巨大的微笑”。

微笑背后的深意让人玩味，但是无论如何，下一阶段我们需要搞清楚的问题是，柔毛层里储存的究竟是部分还是全部的信息？以及黑洞吸入的信息到底都去了哪些地方？

霍金团队的工作还在继续，在巨人的肩上。

牛顿曾经说过：如果说我看得比别人更远些，那是因为我站在巨人的肩膀上。

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参考资料：

https://www.livescience.com/63812-stephen-hawking-final-paper-published.html

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