phymath999: 热障，返回舱被一个大火球所包围, 周围的空气是电离的
Fermi surface
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掉入黑洞＝撞上火墙？
按照广义相对论，不幸掉入黑洞的宇航员在穿过一去不复返的视界时，应该不会感觉到任何特殊才对。量子力学却要求，黑洞视界之内存在一道火墙，会将宇航员瞬间焚成灰烬。图片来源：《自然》
现在普瑞斯基尔，这位美国加州理工学院的理论物理学家，正在绞尽脑汁苦苦思索浮出水面的最新一则悖论。它被昵称为“黑洞火墙悖论”，事关有人掉入黑洞时到底会发生些什么。
距离我们最近的黑洞也在1000光年之外，因此这个问题纯粹是个理论问题。然而，正是通过研究这样一种可能性，物理学家希望能够取得突破，尝试将广义相对论和量子力学统一成量子引力理论——这也是现代物理学中最棘手的问题之一。
黑洞信息
黑洞长久以来一直是滋生悖论的肥沃温床。早在1974年，史蒂芬?霍金（Stephen Hawking）和以色列希伯来大学的雅各布?贝肯斯坦（Jacob Bekenstein）就证明，黑洞并不是全黑的。相反，它们会辐射出能量，被称为霍金辐射，由光子和其他量子粒子构成——这个过程极其缓慢，但最终会导 致黑洞完全蒸发。霍金发现，这个理论存在一个问题。这种辐射看上去相当随机，因此霍金推测它不可能携带任何与掉入黑洞的物质有关的信息。因此，随着这个黑洞蒸发殆 尽，它拥有的信息最终必定会消失。然而，这与量子物理的核心宗旨直接冲突，因为量子物理认为信息不可能被消灭。黑洞信息悖论就此诞生。
几十年来，物理学家一直在努力解决这个悖论。霍金曾认为是黑洞摧毁了信息，向量子力学提出了质疑。其他人并不赞同这一观点。毕竟，霍金的想法源自于 他本人对融合广义相对论和量子力学所做的尝试——这一数学壮举本身的艰深迫使霍金必须要作一些近似才行。普瑞斯基尔甚至和霍金打赌，押黑洞不会摧毁信息。
有几个论据指出，霍金错了。最令人信服的一个论据，来自于这样一种思考——蒸发中的黑洞变得越来越小会发生什么？如果信息无法逃逸，也无法被摧毁， 就会有越来越多的信息被储存在越来越小的体积之中。但是，如果是这样的话，量子理论预言，无论在哪里，只要物质之间发生碰撞，产生一个微型黑洞的概率就会 从几乎为零提高到无穷大。“你应该会在大型强子对撞机里看到黑洞，也应该会在费米实验室里看到黑洞，还应该在上世纪30年代那些房间那么大的粒子加速器里 看到黑洞，”美国加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的理论学家唐?马罗夫（Don Marolf）说，“甚至当你在草地上跳来跳去时，你也应该看到黑洞才对。”
显然，这些并没有发生。而另一种可能性，即物质和它携带的信息能够从黑洞中泄漏出来，则是不太可能的。任何落入黑洞的物质都必须要以超光速运动才能逃脱黑洞可怕的引力。
也许，答案就藏在霍金辐射之中。它或许并没有那么随机。“常见的一个反应是，霍金只不过是大意了，”同在加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的约瑟夫?波尔钦斯基（Joseph Polchinski）说，“信息并没有丢失，只是霍金没有一直追踪它们到底。”
然而，试图解决这一悖论的所有早期尝试，都被证明是不成功的。波尔钦斯基说：“霍金发现了一个真正深刻的问题。”
霍金后来在2004年改变了主意，部分原因在于阿根廷物理学家胡安?马尔达萨纳（Juan Maldacena）所作的研究（参见“霍金变了心”）。他承认，黑洞最终没有摧毁信息。他向普瑞斯基尔兑现了赌注，送给他一本棒球百科全书。普瑞斯基尔曾将棒球比喻成一个黑洞，因为它们都很重，而且从中获取信息都要颇费一番功夫。
进入深渊
物理学家的注意力很快就转移到了信息如何逃离黑洞上来。这个问题并不容易回答。正是在探究这些问题的过程中，新的黑洞火墙悖论成了人们关注的焦点。如果信息真从黑洞中逃逸出去，会发生什么事情？一些物理学家对此已经猜测了很久，但即便是对他们而言，火墙也仍是一个引人注目的新名词。要理解它的 含义，我们需要简单描述一下霍金辐射。空无一物的时空会不断地形成虚粒子对，从虚无中突然冒出来，又同样迅速地消失。这种情况在黑洞的事件视界附近会发生 变化，因为对于掉入黑洞的任何东西而言，事件视界是一去不归的界线。偶尔，虚粒子对中有一个被吸入黑洞，另一个则逃逸出去。正是这些逃离黑洞的罕见粒子， 构成了霍金辐射。
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