当黑洞因为质量丧失而蒸发消失后，掉入黑洞中的信息会去哪里?这一直是物理学界争论不休的问题。40多年前，斯蒂芬·霍金首次提出，信息会随着黑洞蒸发而丢失，这一理论被称为黑洞的信息悖论。由于该结论与标准量子物理学定律不符，一直存在争议。
近日，一项由霍金以及其剑桥大学同事马尔科姆·佩里(Malcolm Perry)、哈佛大学教授安德鲁·斯特罗明格(Andrew Strominger)共同发布的研究指出，“黑洞信息悖论”存在错误，黑洞可能拥有“柔软毛发”，当黑洞蒸发时携带信息逃逸出来。论文发表在一期的《物理评论快报》( Physical Review Letters)上，虽然研究结果没有完全解决“黑洞信息悖论”的问题，但指明了一种可能的研究方向。
2 根据爱因斯坦的广义相对论，静止的黑洞由三项可观测的参数决定：质量、电荷和角动量。只要一个物体变成了一颗黑洞或者掉进了黑洞，除这三个物理量外的一切信息都会消失在黑洞的视界之中。物理学家约翰·惠勒(John Wheeler)用“黑洞没有毛发”来形容这一理论。
1975年，霍金研究了一个黑洞附近量子物质的行为，结果表明黑洞并不是真正的黑色，黑洞辐射粒子，就像一个热的物体发出热量一样，被称为“霍金辐射”。如果没有物体持续掉入黑洞，通过这种“霍金辐射”的能量损失将导致黑洞质量减少并最终蒸发消失。这也引发了一个问题，存储在黑洞中的信息去哪里了呢?由于“霍金辐射”来自黑洞表面，霍金认为信息也将丢失。
2 但是到了1990年代末，随着物理学的发展，特别是弦理论的发展，很多研究人员认为，掉入黑洞中的信息会在黑洞消失时逃逸出来，但是他们并不清楚信息如何逃逸。那么霍金最开始认为信息丢失的理论有什么错误的地方?这项霍金等人的研究提供了可能的答案。
研究指出，让霍金得出“黑洞信息悖论”的两个基本假设有问题。第一个是量子引力中的真空是独一无二的，第二个是黑洞没有“毛发”。相反，他们认为黑洞所在的真空环境实际上不可能是完全真空的，而且黑洞中有“柔软毛发”——与低能量量子有关的“量子毛发”。
这些低能量，甚至零能量的软粒子堆积在黑洞边缘，它能够捕获和储存从落入黑洞的粒子里获得的信息。这意味着虽然落入黑洞的粒子可能消失，但它们的信息将继续留存在视界边缘的这些“量子毛发”上。
1 斯特罗明格在2014年研究另一个问题时受到了启发。他发现无穷多守恒律能管理引力子的散射。随后，在与学生进行的一项研究中，他发现这一结果也适用于电磁场。目前，他与霍金和佩里合作，将这一远见用到了黑洞中。在用方程式计算完毕后，斯特罗明格和霍金等人发现，在加入软粒子后，黑洞真空在能量不变的情况下，角动量会发生变化。
但是斯特罗明格也指出，他们的论文并没有解决“黑洞信息悖论”。首先，必须针对引力场重新进行分析，而不仅仅是电磁场。他们正在努力尝试。初步计算表明，纯粹的引力情况下也能得到相似的结果。更重要的是，他们提出的柔软毛发或许并不足以捕获所有掉进黑洞的信息，也就无法解释当黑洞消失时，所有信息是如何恢复的，因为并不清楚是否所有的信息都可以被传输到柔软毛发上。然而，可以肯定的是，通过这项研究的路径，进一步的研究将揭开更多毛发类型，可能最终将解决“黑洞信息悖论”。
霍金之前也曾说过类似的预言，他认为黑洞是可以死亡的，他们在吞噬的时候，也面临着萎缩消失。
长期以来，科学家们一直认为，当一个黑洞死亡时，其内部的一切事物也都将随之消亡。“霍金辐射”理论认为，黑洞应该有能力产生热量并释放亚原子粒子，直到它们能量完全耗尽，这一过程就是所谓的“霍金辐射”。霍金还指出，黑洞并不是完全黑暗的，它们也不会永远存在。
在1974年的声明中，霍金解释了黑洞周围的强大引力场是如何对粒子与反粒子之间配对的形成产生影响的，就像量子理论中真空中时时发生的情形那样。如果粒子恰好形成于黑洞表面外侧，那么粒子对中正粒子就有可能逃离。在观测中，它们可能是以热辐射的形式从黑洞发射出来。同时，反粒子则跌入黑洞之中。通过这种方式，黑洞逐渐损失质量。
去年，以色列理工学院物理学家杰夫-斯坦豪尔在实验室中再造了黑洞环境，用于研究粒子在黑洞边界的行为。这个边界其实就相当于黑洞表面。在实验中，斯坦豪尔发现形成声波的能量确实会从黑洞中泄露出来。这与霍金的预言相一致。
近期，美国密歇根州立大学天文与物理学家克里斯-阿达米带领研究团队提出了一项新理论。根据这种新理论，他们可以对黑洞相当长的生命周期进行深入研究。研究人员认为，黑洞表面后方的各种信息及所有事物都不是立即消失，而是在黑洞蒸发的后期慢慢泄露出去。他们将霍金辐射理论与数学工具及高性能计算机结合起来创建一个模型，用于显示各种信息进出黑洞时的情形。
模拟与计算结果表明，一切都慢慢消失了。这一现象违背了物理学定律，许多关于黑洞蒸发的矛盾现象无法得以解释。阿达米表示，“这一问题从来没有得到解决，因为霍金的计算结果无法验证霍金辐射的效果。物理学家假设，随着霍金辐射带走黑洞所有的质量，黑洞会逐渐萎缩。但是，没有人能够通过数学计算来验证这一理论。”
长期以来，人们一直认为当黑洞萎缩到最小化时，其内部的一切事物都将消亡，因此所有的量子信息不可能隐藏于黑洞表面之后。阿达米等人的研究成果对这一传统观点提出了挑战。但是，阿达米和斯坦豪尔等人没有提出量子引力理论，他们只是采用霍金的理论。这样，他们就可以全面理解黑洞究竟是如何与霍金辐射交互的。阿达米解释说，“为了完成这项计算，我们不得不猜测黑洞是如何与自己周围的霍金辐射场交互的。这是因为目前还没有能够解释这种交互行为的量子引力理论。
然而，实验证明我们做出了一个很好的猜测，因为在固定、不可变的黑洞界限中我们的模型与霍金理论相一致。”阿达米研究团队成员、渥太华大学科学家卡米尔-布拉德勒表示，“当然，我们的模型仅仅是一个模型。但是，我们能够证明黑洞与霍金辐射之间的任何量子交互都非常有可能与我们的模型具有同样的属性。”
关于黑洞物理学的证明，有一个著名的理论--“培基曲线”理论。“培基曲线”理论以加拿大阿尔伯塔大学物理学家唐-培基之名命名，培基曾经预言了这种可以呈现最初进入黑洞然后又离开黑洞的量子信息曲线。阿达米和布拉德勒通过初步计算再现了类似的曲线。在本年度的里思讲座中，霍金曾经表示如果这一理论能够得以证明，他有望获得诺贝尔奖。
