但基于弦理論的新研究表明，黑洞死亡后，可能會(huì)形成人類可以接觸到的碎片。

（資料圖）

霍金輻射的重要性

嚴(yán)格來說，黑洞并不是完全黑色的。在愛因斯坦的廣義相對(duì)論中，所有物理定律在任何參考系中都采取相同的形式，在這種情況下，黑洞總是漆黑的，并且一旦形成就會(huì)留在那里。但在20 世紀(jì)70 年代，霍金利用量子力學(xué)來探索黑洞邊界（稱為事件視界）附近發(fā)生的情況。

霍金發(fā)現(xiàn)宇宙的量子場(chǎng)與事件視界的單向勢(shì)壘之間存在一種奇怪的相互作用，為能量逃離黑洞提供了通道。能量將以緩慢、穩(wěn)定的輻射和粒子流的形式從黑洞向外輻射，這種輻射和粒子被稱為霍金輻射。隨著能量一點(diǎn)一點(diǎn)地逃逸，黑洞會(huì)失去質(zhì)量、收縮，最終完全消失。

霍金輻射造成了所謂的黑洞信息悖論?？茖W(xué)家認(rèn)為，有關(guān)物質(zhì)落入黑洞的所有信息都會(huì)穿過事件視界。但霍金輻射本身不攜帶任何信息。當(dāng)黑洞最終消失時(shí)，里面的所有信息都去哪兒了？

超越愛因斯坦

對(duì)于物理學(xué)家來說，黑洞信息悖論表明有些東西人類還不明白。這可能是因?yàn)槿祟惒涣私饬孔有畔?、引力或事件視界的本質(zhì)。解決黑洞信息悖論的“最簡(jiǎn)單”方法是構(gòu)建超越愛因斯坦廣義相對(duì)論的新引力理論。

科學(xué)家們已經(jīng)知道愛因斯坦的廣義相對(duì)論在黑洞中心失效。黑洞是時(shí)空中被稱為奇點(diǎn)的小洞，其密度接近無窮大。正確描述奇點(diǎn)的唯一方法是引入量子引力理論，該理論可以正確預(yù)測(cè)極微觀尺度上的強(qiáng)引力行為。

不幸的是，科學(xué)家目前對(duì)量子引力的理論見解還很缺乏。直接觀察奇點(diǎn)固然很棒，但根據(jù)廣義相對(duì)論，奇點(diǎn)被鎖定在黑洞的事件視界后面，使得人類無法接近。

但通過研究霍金輻射過程，科學(xué)家或許能夠找到通往奇點(diǎn)的捷徑并了解所發(fā)生的物理現(xiàn)象。隨著黑洞蒸發(fā)，它們變得越來越小，它們的事件視界也越來越接近中心奇點(diǎn)。在黑洞生命的最后時(shí)刻，引力變得如此之大，以至于黑洞本身變得如此之小，以至于科學(xué)家無法用現(xiàn)有的理論正確解釋它。因此，最好的方法是引入新的引力理論。在新的研究中，科學(xué)家們利用弦理論來修改廣義相對(duì)論。

裸奇點(diǎn)

這個(gè)修正后的理論不一定能正確替代愛因斯坦的廣義相對(duì)論，但它可以讓科學(xué)家更深入地研究重力在接近量子極限時(shí)會(huì)發(fā)生什么。最近，一個(gè)理論團(tuán)隊(duì)利用所謂的愛因斯坦-膨脹-高斯-博內(nèi)重力理論來研究黑洞蒸發(fā)后的最終狀態(tài)。今年5月發(fā)表了相關(guān)論文。 5 月發(fā)布在預(yù)印本數(shù)據(jù)庫(kù)arXiv 上。

由于弦理論對(duì)廣義相對(duì)論的修正涉及大量的近似和猜測(cè)，因此該團(tuán)隊(duì)的結(jié)果在細(xì)節(jié)上有些模糊，但總體上描繪了黑洞蒸發(fā)后發(fā)生的情況。

愛因斯坦-暴脹-高斯-貝內(nèi)特引力理論的一個(gè)關(guān)鍵特征是黑洞具有最小質(zhì)量，因此這使我們能夠研究當(dāng)蒸發(fā)的黑洞開始達(dá)到最小質(zhì)量時(shí)會(huì)發(fā)生什么。

根據(jù)理論的確切性質(zhì)和黑洞的演化，黑洞蒸發(fā)時(shí)會(huì)留下微小的碎片。該片段不再可見，因此理論上人類可以訪問它。雖然這個(gè)碎片很奇怪，但它至少會(huì)保留掉原來黑洞中的所有信息，從而解決霍金輻射引起的黑洞信息悖論。

另一種可能性是黑洞達(dá)到最小質(zhì)量并逃離事件視界，但仍然具有奇點(diǎn)。在愛因斯坦的廣義相對(duì)論中，這種“裸奇點(diǎn)”似乎并不成立。但如果它們存在，它們將為人類進(jìn)入量子引力領(lǐng)域打開大門。

目前尚不清楚愛因斯坦-暴脹-高斯-貝內(nèi)特引力理論是否是通向量子引力的有效途徑。但這類研究有助于物理學(xué)家解釋黑洞——宇宙中最復(fù)雜的場(chǎng)景。