基本介紹
理論簡介,研究歷史,理論產生,理論推翻,轉換定律,評價,
理論簡介
如今，霍金已修改了黑洞理論，認為黑洞是可以“重新開放”的，所吞噬的信息可以以另一種形式釋放出來（大部分以量子信息被釋放），就像我們生活中的燃燒一樣，只是信息的轉化而已。
《新科學家》經過29年的思考，史蒂芬·霍金表示、他以前對黑洞的看法是錯誤的。2004年7月14日，這位劍橋大學的著名物理學家正式發表了一篇論文，認為黑洞這種由星體殘骸演化成的漩渦會保留被吞噬物體的痕跡、而且終將釋放出少量被撕碎的物質。
霍金激進的新理論顛覆了他30年來為了科學地解釋黑洞悖論而進行的努力：被吸入黑洞的物體怎樣才能真正消失，不留一點痕跡呢？長期以來他一直是這樣認為的，而亞原子理論認為物質的形式可以相互轉換，但不可能完全消失。此前、霍金堅持認為、黑洞會摧毀其中所包含的一切微小信息，然後只是正常向外輻射能量。在第17屆國際廣義相對論和萬有引力大會上，霍金提出了令人難以置信的新的計算結果，認為黑洞能夠將吞噬的物質慢慢釋放出來，而且吸收和釋放的方式都只有一種。
62歲的霍金說他不再相信20世紀80年代的理論、當時的理論認為黑洞可能可以通往另一個宇宙空間，這正好可以用來解釋被黑洞吞噬的物質和能量去了哪裡。霍金站在粒子物理學家一邊、長期以來，粒子物理學家們堅持認為任何被黑洞吞噬的物質都不會憑空消失，最後必然以一種特殊的方式釋放出來。霍金面對來自50個國家的大約800名物理學家和其他科學家發表了演講，他說：（黑洞裡）沒有我曾構想過的子宇宙分支，物質信息仍然牢牢地保存在這個宇宙里。我很遺憾這讓科幻迷們失望了，但如果物質信息被保存了，就不可能利用黑洞去別的宇宙空間旅行。如果跳進一個黑洞，物質能量將以一種被撕裂的形式返回到宇宙中、其中包含以前的信息，但是已經處於無法辨認的狀態。
霍金的新理論在物理學權威中激起了懷疑和困惑的浪潮。霍金在發表演講時，其中的兩位領軍人物美國哥倫比亞大學的威廉·翁魯和芝加哥大學的羅伯特·沃爾德不斷聳肩搖頭表示懷疑。黑洞專家沃爾德說：霍金完全改變了他自己以前的觀點——霍金以前認為進入黑洞的一切都會被沖走。他相信從黑洞釋放出的任何物質都能追溯到來源。他已經偏離了仍然堅信的理論。
研究歷史
上世紀70年代，霍金提出的“黑洞熱輻射”理論是20世紀最傑出的理論物理成就之一，但當時這一理論的一些觀點受到了量子物理學者的質疑，科學家們認為被黑洞“吞掉”的物質的信息最終將會隨黑洞一起消失，在量子物理的角度上是無法解釋的。為此，30年來學術界一直存在著爭論，此次霍金提出的新觀點——黑洞在某一時間，將會把它吞掉的信息釋放出來，從表面上看彌補了他以前理論的缺陷，但是這也不足以肯定這一理論就是正確的。趙教授解釋，物質所包含的信息並不像質量或能量一樣具有守恆的性質，因此霍金此前的信息消失理論並不是完全無法接受的。
從20世紀60年代到80年代，黑洞研究取得了重大進展。最初人們認為黑洞是一顆死亡了的星體，什麼東西都可以掉進去，但任何東西都跑不出來。1974年霍金證明黑洞有溫度、有輻射。霍金輻射的發現使黑洞和霍金本人都變得家喻戶曉。
20世紀80年代以後，黑洞研究的重點逐漸從溫度轉向信息佯謬。人們早已知道，黑洞外部觀測者會失去形成黑洞以及後來落入黑洞的物質的幾乎全部信息，這就是“無毛定理”。所謂“毛”是指“信息”。黑洞只剩下總質量、總電荷和總角動量3根“毛”可以被外界探知。人們最初認為，雖然外部觀測者不能探知黑洞內部物質的信息，但這些信息並沒有從宇宙中消失，只不過隱藏在了黑洞的內部。霍金輻射發現之後，人們知道黑洞中的物質最後將全部轉化為熱輻射，而熱輻射幾乎不帶出任何信息。這樣，形成和落入黑洞的物質的信息將從宇宙中消失，信息不再守恆，不僅重子數守恆、輕子數守恆等定律不再成立，量子論的么正性也將受到破壞。面對如此嚴重的理論困難，物理學家展開了激烈的爭論。理論物理學家大都相信信息守恆，堅信么正性這一量子論的基石不會被破壞。總之，信息應該守恆。以霍金和索恩為代表的相對論專家則認為信息不一定守恆，么正性完全有可能被破壞。為此，霍金和索恩與堅信信息守恆的普瑞斯基打賭。
這種理論從誕生之初就遇到了麻煩：它同很多科學家堅持的“信息守恆定律”互為矛盾。這一度被人們稱為“黑洞悖論”。
如同19世紀的科學家斷定了能量守恆定律一樣，20世紀的許多科學家提出了信息守恆一說——假如這個說法成立，那么“信息守恆定律”無疑將成為科學界最為重要的定律，也許比物質，能量守恆定律的意義更為深遠。霍金的黑洞理論引起的激烈爭執就是“信息”在黑洞中是否能夠保存，守恆。”
理論產生
所謂黑洞，是時空的一個區域，這個區域內的引力非常強大，以至於任何東西，甚至光都不能從中逃逸出來。長期以來，科學家們認為黑洞會吞噬一切。但1974年，霍金提出，黑洞一旦形成，就會“蒸發”輻射出能量，同時損失質量，這種輻射亦稱為“霍金輻射”。霍金悖論 黑洞
霍金悖論 黑洞霍金這一理論是黑洞研究中的一個重大進展。但與此同時，他又製造出了一個新的難題。霍金在1976年的另一篇論文中對此做出闡述：黑洞輻射並不含有任何黑洞內部的信息，在黑洞損失殆盡之後，所有信息都會丟失。而根據量子力學的定律，信息是不可能被徹底抹掉的，霍金的說法產生了矛盾，這就是“黑洞信息悖論”。
當時霍金辯稱，黑洞的引力場過於強大，量子力學的定律並不適用，但他這種解釋並不令學術界感到信服。哈佛大學物理學家施特勒明格就直言“我並不相信霍金1976年的理論，儘管我不知道他的計算到底錯在哪裡”。
理論推翻
霍金悖論 霍金自己推翻自己的理論
1976年，霍金稱自己通過計算得出結論，他認為黑洞在形成過程中，其質量減少的同時還不斷在以能量的形式向外界發出輻射。這就是著名的“霍金輻射”理論。但是，理論中提到的黑洞輻射中並不包括黑洞內部物質的任何信息，一旦這個黑洞濃縮並蒸發消失後，其中的所有信息就都隨之消失了。這便是所謂的“黑洞悖論”。霍金
霍金這種說法與量子力學的相關理論出現相互矛盾之處。因為現代量子物理學認定這種物質信息是永遠不會完全消失的。近30年來，霍金試圖以各種推測來解釋這一自相矛盾的觀點。霍金曾表示，黑洞中量子運動是一種特殊情況，由於黑洞中的引力非常強烈，量子力學在此時已經不再適用了。但是霍金的這種說法並沒有得到科學界眾多持懷疑態度學者的信服。如今，霍金終於給了這個當年自相矛盾觀點一個更具有說服力的答案。霍金稱，黑洞從來都不會完全關閉自身，他們在一段漫長的時間裡逐步向外界輻射出越來越多的熱量，隨後黑洞將最終開放自己並釋放出其中包含的物質信息。
這一重大研究成果還沒有公開以論文的形式發表，已經在學術界引起了軒然大波。霍金在劍橋大學的同事、著名的物理理論學家馬爾科姆·佩里博士表示，“霍金在這次研討會上提出的觀點也許是一種可行的解決方案。但是具體是否能得到最終認可，我看還需要由大家說了算。”但他認為，霍金最新的研究成果將可以和30年前發表的“霍金輻射”相媲美。
物理學家科特·卡特勒在接受《新科學家》雜誌的訪問時說：“霍金髮出了一個信息，他似乎在說‘我已經解決了黑洞理論中的矛盾之處，我想就此發表一些新的看法’。但是我們作為該信息的接受者，預先卻並沒有看到任何有關的書面闡述。作為對霍金本人的尊重，根據他的名譽，我只能暫且先接受這種說法。”
2004年7月21日，在愛爾蘭的都柏林舉行“第17屆國際廣義相對論和萬有引力大會”上，英國傳奇科學家史蒂芬·霍金教授宣布了他對宇宙黑洞的最新研究結果，霍金的態度來了個180度轉彎，表示自己原來的觀點錯了，信息應該守恆：黑洞並非如他和其他大多數物理學家以前認為的那樣，對其周遭的一切“完全吞食”，事實上被吸入黑洞深處的物質的某些信息可能會在某個時候釋放出來：信息守恆。霍金悖論-黑洞
霍金悖論-黑洞原因是先前把黑洞想得太理想化了，把黑洞熱輻射也想得太理想化了。不過，霍金一直沒有給出嚴格的證明來支持自己的新觀點。索恩表示此事不能由霍金一個人說了算，他仍堅持信息不守恆的看法。普瑞斯基則表示沒有聽懂霍金的演講，不明白自己為什麼贏了。這一牽扯到量子論基礎的敏感問題還遠未解決。
黑洞不是一顆死亡了的星體,它具有豐富的內涵。黑洞的霍金輻射理論表明，黑洞不僅具有一般的力學性質，而且具有量子性質和熱性質。如果黑洞的輻射譜為嚴格的黑體譜，則黑洞輻射過程中信息丟失。Parikh和Wilczek認為，黑洞的霍金輻射的確可以看成是一種量子效應，但輻射粒子貫穿的勢壘不是預先存在的，而是由出射粒子自身產生的。他們的研究結果支持信息守恆。
黑洞理論的研究已經超出了黑洞本身，它不僅通過信息疑難觸及了量子論的重要基石——么正性，而且掀開了探討時間性質的新篇章。
黑洞內部有一個奇點，那是時間終結的地方。大爆炸宇宙有一個初始奇點，那是時間開始的地方。彭若斯和霍金曾經證明過一個“奇性定理”，該定理表明，任何一個真實的時空都一定存在奇點，即一定存在時間有開始或終結的過程。時間有沒有開始和結束，原本是哲學家和神學家議論的話題，經過對黑洞和宇宙的研究，這一話題被納入了物理學的領域。
宇宙學家相信，太空中有許多類型的黑洞，從質量相當於一座山的小黑洞，到位於星系中央的超級黑洞，不一而足。科學家過去認為，從巨大的星體到星際塵埃等，一旦掉進去，就再不能逃出，就連光也不能“幸免於難”。而霍金教授關於黑洞的最新研究有可能打破這一結論。經過長時間的研究，他發現，一些被黑洞吞沒的物質隨著時間的推移，慢慢地從黑洞中“流淌”出來。
霍金關於黑洞的這一新理論解決了關於黑洞信息的一個似是而非的觀點，他的劍橋大學的同行都為此興奮不已。過去，黑洞一直被認為是一種純粹的破壞力量，而現在的最新研究表明，黑洞在星系形成過程中可能扮演了重要角色。
轉換定律
信息守恆與轉換定律（鄧宇等的基本信息守恆方程式）的定義1：
總的流進系統的信息必等於總的從系統中流出的信息，加上系統內部信息的變化；信息能夠轉換，從一種狀態轉變成另一種狀態；信息可以創造，可以失存。用公式表示為
NQ= NW +ΔNU
DENG'S信息守恆定義2：
信息守恆定律是指“系統中儲存信息的增加等於進入系統的信息減去離開系統的信息”
ΔNU= NQ-NW
系統中儲存信息的變化=進入系統的信息-離開系統的信息
=新創造的信息-失去（“消失”失存離開）的信息
評價
霍金的自我否定與其所持的樸素證偽主義科學觀密切相關。霍金在科學理論的認識上有自己獨特的見解。他認為，科學理論僅僅是一些模型或規則，而這些模型和規則“只存在於我們的頭腦中，不再具有任何其他的實在性”。他還認為，簡單性和解釋力是一個“好的科學理論”必須滿足的兩個條件，但科學理論是不能證實的，在理論只是假設的意義上來說，“任何物理理論總是臨時性的”。悖論是理論創新的突破口。霍金提出“黑洞悖論”，當時確實為科學界探索黑洞開創了全新的研究方向，但他的理論也存在一些與其他物理學理論相互矛盾的地方。其實，這次新發現將進一步完善霍金有關黑洞研究的理論體系。
霍金的自我否定，是他堅持實事求是的科學精神和敢於追求真理的理論勇氣的生動體現。在他的身上，有科學家求真、求新的人格魅力。在攀登科學高峰的征途中，科學家總是在已知與未知的邊緣上提出問題和解決問題。因而，科學家在研究中犯這樣或那樣的錯誤總是難免的。重要的是，科學家一定要保持對科學真理的執著追求和勇於探索的堅定信念。
霍金的自我否定，並非是心血來潮，也不是突然想改變他自己原先的理論。因為越來越多的理論證據迫使他不得不作出自我否定。據普雷斯基爾介紹，根據弦理論家的一些研究成果，普雷斯基爾等人已經建立了一個強有力的以顯示黑洞真的能保藏信息的理論模式。霍金一直以極大的興趣跟蹤著弦理論家的工作，但霍金的學術論文還沒有發表，一切都難有定論。他的新理論是否正確還要經過多方的驗證。
