困扰斯蒂芬·霍金的黑洞悖论可能有一个解决方案

波纹波穿过星系网格的图示

一个航天器探测到从巨大黑洞喷出的时空涟漪（称为引力波）的图示。（图片来源：ESA）

没有什么可以逃脱黑洞的事件视界，但新的研究表明，它可能会秘密泄露信息。研究作者说，这种泄漏将出现在引力波的微妙特征中，现在我们知道如何寻找它们。

1976年，斯蒂芬·霍金发现黑洞并非完全是黑色的，这震惊了天体物理学界。相反，它们会释放出微量的辐射，如果时间足够长，会释放出如此多的辐射，以至于完全消失。但这带来了一个巨大的问题。信息在黑洞消耗物质时流入黑洞，而这些信息无法逃脱。但霍金辐射不携带任何信息。那么当黑洞消失时，它会发生什么呢？

几十年来，这种“黑洞信息悖论”一直困扰着研究人员，他们已经开发了许多潜在的解决方案。一种被称为非暴力非局部性。在这种情况下，黑洞的内部通过“量子非局域性”与外部相连，其中相关粒子共享相同的量子态，爱因斯坦称之为“远距离的幽灵作用”。这种非局域性是“非暴力的”，因为没有什么能像爆炸或合并那样引发随之而来的引力波，即黑洞外部时空中的涟漪。相反，它们是由黑洞内部和外部之间的量子连接引起的。

如果这一假设成立，那么黑洞周围的时空会携带并非完全随机的微小扰动。相反，这些变化将与黑洞内部的信息相关。然后，当黑洞消失时，信息将被保存在它之外，从而解决了悖论。

在最近一篇尚未经过同行评审的预印本论文中，加州理工学院的研究人员调查了这一有趣的假设，以探索我们如何能够对其进行测试。

研究人员发现，这些非局域量子关联不仅在黑洞周围的时空中留下印记；它们还会在黑洞合并时释放的引力波中留下特征。这些特征以主引力波信号之上的微小波动的形式存在，但它们有一个独特的光谱，可以将它们与通常的波清楚地分开。

研究人员继续概述了分离这种特殊信号的程序。他们发现，目前的引力波探测器，如激光干涉仪引力波天文台和处女座干涉仪，没有足够的灵敏度来全面确定非暴力非局域性是否是黑洞信息悖论的准确解决方案。但目前正在设计和建造的下一代仪器可能能够做到这一点。

这项研究的下一步是建立更准确的模型，说明非暴力非局域性如何影响现实黑洞周围的时空。这将为引力波信号的变化提供精确的预测，并可能解决臭名昭著的悖论。

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