黑洞悖论：落入黑洞的信息去哪里了？

把源源不断的质量压缩到一个很小的体积之中，随着它密度的上升，在其表面附近的引力也随着增加。把它挤到足够小的体积之中，其表面的引力将变得非常强大，使包括光在内的任何事物都无法逃脱它的束缚。把任何东西压缩到足够小的体积中，它都将成为一个黑洞。黑洞的一个定义特征是它的事件视界，这是不归的界限。但是事件视界也标志着我们对物理学基本认识的崩溃，这也许是现代天体物理学的最大悖论了。

黑洞的事件视界通常被定义为逃逸速度变成大于光速的位置，但事实上却更微妙。物质可扭曲周围的空间，而对于黑洞而言，其空间被弯曲成闭合。事件视界并不是标志着一个逃逸速度，而是标志着从宇宙孤立出来的一片区域，直到时间的尽头。落入黑洞的任何东西将无法逃脱。

然而，一趟被湮没的单程旅途的存在要面对物理学的最基本原则之一：现象是可以预测的。如果你朝一个特定的方向以一个特定的速度来扔出一个棒球，你可以知道它将落在哪里。只要确定球的初始速度和方向，然后使用物理定律就能来预测它的运动。球没有任何选择的余地。一旦球离开你的手，它就会落在一个特定的位置，其运动是由宇宙的物理规律所决定的。我们也可以反向推导。知道球的速度和方向，我们就可以知道它之前的位置。如果这是真的，那么了解宇宙的现在就能让我们确定宇宙的过去和未来。

电影《星际穿越》中的黑洞形象

然而，事件视界打破了这种规则。一旦东西越过事件视界，所有你能知道有关这个物体的就只有它的质量、电荷和自旋。这到底是一辆汽车还是一艘宇宙飞船就不得而知了，以哪条路径进入黑洞也是未知数。所有我们应该能知道的这些物体的信息似乎就这样消失了。这就是所谓的信息悖论。

看到这里，有些人可能会指出，量子力学并不像一个棒球那样具有确定性，所以也许信息并不是守恒的。但事实证明，量子理论确实会使信息守恒，它是使特定结果的概率守恒。知道物体的状态，我们仍然可以预测接下来可能要会怎样，以及它可能在过去是怎样的。但量子理论可能提供了一种方法来避免信息悖论。毕竟，斯蒂芬·霍金指出量子理论允许物质通过霍金辐射（在黑洞表面附近产生的虚粒子对中，偶尔，有负能粒子被黑洞吸入，那对应的正能粒子则被辐射出来）逃脱黑洞。如果物质能从黑洞中辐射出，也许还允许信息逃离黑洞。

霍金辐射示意图

不幸的是，量子理论并不是一种容易的解决方法。霍金辐射是完全随机的（因为虚粒子对是随机产生的），因此，尽管物质和能量都能逃脱黑洞，但信息不能。因为如果霍金辐射带走了量子信息，就会产生一个问题。虚粒子对中落入事件视界内侧的反粒子能量会变得非常高，足以把信息传递给黑洞外部的同伴粒子，由此它们便形成了一道火墙，炽热得足以烧毁任何落入黑洞的任何东西，这严重违背了广义相对论所告诉我们的黑洞特性。因此，试图解决信息悖论又会产生另一个问题，它被称为防火墙悖论。

那么，我们如何解决这个问题？简短的答案是我们不知道。很多非常聪明的人试图来解决这一问题，虽然有一些有趣的想法，但目前还未有明确的解决方法。要真正解决这个问题，需要把量子理论与引力结合在一起的量子引力理论，但目前这还只是探讨阶段。有一些认为解决这一悖论最简单的方法是承认黑洞不存在，但现在我们已经探测到引力波，我们知道黑洞绝对存在。

目前没有简单的方法来解决这些悖论，在此之前，事件视界仍将是这些重大未知的一个明确标记。

以上就是第五大天文悖论，也是五大天文悖论之首。那么，对五大天文悖论的介绍也就告一段落了。