霍金提出的问题的实质如下：在黑洞的形成和随后的衰变过程中，有关其详细组成的信息会丢失。

红外位移

为了解释悖论的本质，请考虑电磁波。它们具有不同的频率，最低的频率对应于无线电波。如果增加频率，则已经是红外辐射。然后，我们从可见（光）光谱中得到波。除了可见光谱之外，还有紫外线，x射线波，最后还有伽马射线。

如果我们将辐射源放在距任何大型空间物体一定距离的位置，并在距重心很远的距离处监视它发出的光，那么我们将看到所谓的红外偏移。远离引力体的观测辐射频率将略低于其附近发射的辐射频率。这是因为光子（电磁波）的能量与频率成正比。当光子克服重力吸引时，它做功，分别失去了能量，所以它的频率降低了。

对于像地球这样的物体，这种影响相当弱，但是可以测量。但是，例如，对于中子星，红外偏移的大小可能会很大。反过来，对于黑洞，此现象在以下意义上达到其极值。事实是黑洞具有所谓的事件视界-任何辐射都从该表面经历无限远的红外偏移。也就是说，如果辐射源直接位于地平线上，那么您会看到由它创建的场没有随时间变化：无论您距地平线有多远，都没有辐射。地平线只是光（或任何波）无法从其飞出的表面。

“没有头发定理”

黑洞的排列方式使它们即使绕其轴旋转（只要它们的质心处于静止状态），也能创建固定的磁场。它们产生的重力和电磁场不会随时间变化。这种说法称为黑洞脱发定理。对于恒星而言，情况并非如此：例如，即使重心处于静止状态，它们也可以在自己周围创建随时间变化的磁场。这是由于恒星内部的电荷进行各种运动而产生辐射这一事实。但是，即使在其视界范围内发生了可怕的电荷运动，黑洞也不会产生任何此类现象。

让我们进行一个思想实验：比如说，我们有两层粒子云，一个仅由质子和反质子组成，第二个由中子组成。某种程度上开始压缩这些云。如果它们的质量和旋转力矩相同，则结果是我们得到两个彼此完全无法区分的黑洞。

霍金辐射

1970年代初期的史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）指出，黑洞应该发出辐射，但与我们上面所讨论的经典辐射相比，它具有根本不同的性质。上面讨论的辐射具有辐射源，即移动的电荷和质量。也许有人会说，霍金辐射没有任何来源：它不是电荷运动的结果。这种辐射是由于物质塌陷到黑洞中而导致的真空特性变化（零点振动的放大/放大）的结果。此外，如果电荷和质量仅产生电磁波和引力波，则由于量子霍金辐射，可能会产生电子，正电子，质子和其他粒子。

因此，黑洞开始在附近产生各种粒子。该辐射具有许多特征。首先，它是静止的，也就是说，如果黑洞足够重，它会在时间上非常缓慢地变化，并逐渐失去其质量，从而产生颗粒。此外，霍金辐射具有热光谱。即，黑洞作为被加热到一定温度的常规辐射源，这种光谱的形状仅由温度值来表征。

温度谱的一个重要特征是，粒子的所有特征（质量和电荷除外）以相同的概率发射。粗略地说，例如，具有相同能量的任何中性粒子和光子都以相同的概率发射。

悖论

现在我们准备提出什么是信息悖论。想象一下，您有两颗我们熟悉的云，其中一朵由质子和反质子组成，另一朵由中子组成。想象一下，由它们形成的恒星和中子两颗恒星。然后，这些恒星由于燃烧而辐射了它们的质量的一部分，而一些东西仍以冷球的形式存在。从理论上讲，从恒星演化的残留物中，我们可以追溯到云中每个基本粒子的历史。当然，从技术上讲，这是一项非常艰巨的任务，但这仅是原则上的问题。黑洞情况的区别在于，首先，如上所述，我们似乎无法区分质子和中子这两个黑洞。其次没有辐射源的热辐射不会携带有关黑洞组成的任何详细信息。因此，根据黑洞演变的残余，即使黑洞的质量已完全转换为辐射，从原理上讲，它似乎也无法恢复其起源。

为什么这自相矛盾？事实是科学的力量在于它的预测能力。科学可以预测，如果您这样做某某，那么您将以某某某可能性和某某某准确性获得某某结果，并定量地表达该陈述。其他任何科学家都可以检查这个或那个实验。事实证明，如果信息丢失，那么在存在黑洞的情况下，所有这些事实都是错误的。从数学上讲，这表现为某些过程的总概率可能不等于统一，甚至大于统一。

悖论批判

但是，以上所有内容均基于某种定性推理。所有这些都需要正式的计算确认。这些对悖论的计算确认是用如此低的严格度和如此多的粗略假设来表述的，因此可以反驳具有相同程度的严格度。另一件事是，在存在黑洞的情况下发生的不同过程的许多细节仍然不清楚。对于认为存在悖论的科学界，它的解决方案是理解黑洞性质的指南。在科学中，经常发生的事情是，对于一个仍然知之甚少的主题存在不同的观点。

埃米尔·阿赫梅多夫（Emil Akhmedov），物理和数学科学博士，A。I. Alikhanov理论和实验物理研究所的首席研究员，莫斯科物理与技术学院理论物理系副教授，高等经济学院数学系副教授。

霍金悖论

红外位移

“没有头发定理”

霍金辐射

悖论

悖论批判

推荐的话题：

More articles: