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• 1、物理学家很喜欢研究的黑洞，为什么会被爱因斯坦拒绝？
• 2、人类如果进入黑洞会怎么样
• 3、什么是“黑洞火墙悖论”和“信息丢失悖论”？

物理学家很喜欢研究的黑洞，为什么会被爱因斯坦拒绝？

虽然爱因斯坦的广义相对论预言了黑洞，但是爱因斯坦曾拒绝这个预言。这是为什么呢？

那时，“黑洞”之名还未崛起，被称为“史瓦西奇点”的它，与如今的声名赫赫大相径庭。爱因斯坦、爱丁顿等广义相对论大牛都视其为200多年前“暗星”的一种虚妄延续。

从1783年的猜测，到1916年至1960年的争论，物理学家实际都在讨论黑洞是否存在这个问题。

在激烈的讨论中，黑洞逐渐建立起了其宇宙咖位，即便在这几百年间遭遇了太多的误解，但依旧保持风度走进了当今物理学家的视野，并越发深入人心。

从初识，到相知，我们对黑洞到底有过那些误解？而如今我们又是如何看待它的呢？

起源：星辰大海中的幽冥之思

1783年，一个英国人在假想的星球上向天空开了一炮，炮弹出堂速度为30万公里/秒。

这个人是英国自然哲学家米歇尔（John Michell），他大胆将当时盛行的光粒子说与牛顿的引力定律进行了结合，做了一个光炮弹的思想实验。

那时人们已经知道，虽然我们都被引力束缚在地球上，但只要速度足够大就可以摆脱地球的引力束缚。能摆脱这种束缚的最小初速度，称为“逃逸速度”。在地球表面，这个速度为11.2公里/秒。

反过来说，如果速度达不到逃逸速度，物体都会被引力拽下来。

米歇尔用牛顿的引力定律，证明了一个天体逃逸速度的平方与其质量成正比，与其半径成反比。质量不变半径越小，天体的逃逸速度就越大。

如果能压缩一个星球的半径，逃逸速度就可以超过30万公里/秒，这意味着这个星球让光都无法逃逸。在这样的星球上，米歇尔的光炮弹永远无法飞向太空。

以地球为例，只需将其压缩到半径仅1/3英寸，一颗巧克力豆大小，就会产生这样的效果。

这样高密度的星球可能吗？米歇尔认为可能，他甚至觉得夜空中存在着大量这样看不见的幽冥星球，并称呼它们为“暗星”，这就是最早、最原始的黑洞概念。

1783年11月27日，米歇尔向皇家学会汇报了关于暗星的预言。1796年后，法国自然哲学家拉普拉斯（Pierre Simon Laplace）才在他的名著《宇宙体系论》的第1版里，提出了相同的预言。

争论：光革命带来的认知颠覆

然而1808年，托马斯·杨（Thomas Young）发现了光的双缝干涉现象，让当时光学“波粒之争”的天平倾向了惠更斯（Christiann Huygens）提出的波动说。牛顿光粒子说的主流地位由光波动说所代替。

像炮弹一样受引力影响的光粒子变成了似乎不会受引力影响的光波（那时的人们还不知道引力会对光波产生怎样的作用）。大概因为这个原因，拉普拉斯的《宇宙体系论》从第3版开始删除了有关暗星的描述。暗星概念随之沉寂，无人问津。

直到100年后，爱因斯坦平衡了光学的理论天平，终结了光的“波粒之争”，发展出了光的“波粒二象性”。

1915年11月，广义相对论更是横空出世，让物理学家再次建立起了引力对光作用的认知，只是这一次是以“时空曲率”的概念。引力是时空曲率的直观感受，而光与一切物体在不受外力的情况下，必定在时空中以“短程线”运动。

所谓的“短程线”，可以说是时空中真正的最短路径，而日常说的“直线”更多是一种感官定义。

广义相对论发表后，不到一年。1916年，米歇尔和拉普拉斯的暗星预言，经一位德国炮兵校尉：史瓦西（Karl Schwarzschild）之手，以一种更加古怪的方式呈现在了物理学界。

当时，还在俄国前线战壕蹲坑的史瓦西，以一种简洁有效的方式：抛弃天体复杂的旋转问题，根据广义相对论的场方程，计算出了任意无旋转球状天体内外的时空曲率，并得出了一个描述黑洞的精确解。

以光速为逃逸速度，任何天体都有一个以史瓦西半径，这也刚好对应米歇尔和拉普拉斯计算出的暗星临界周长。不过因为有“时空曲率”概念的加持，空间的卷曲意味着光无法逃离，时间的卷曲还意味着时间流速的减慢（时间膨胀效应）。

然而，爱因斯坦对“天体被压缩到史瓦西半径之后”会塌缩为一个奇点的观点却皱起了眉头。

反驳：爱因斯坦的拒绝

在欣赏史瓦西计算出的天体时空曲率的同时，爱因斯坦却不认为自然界存在“史瓦西奇点”，毕竟没有什么天体是不旋转的。再加上对恒星塌缩的不了解，爱因斯坦武断拒绝了广义相对论的这个理性财产。

1939年，爱因斯坦甚至还专门发表了一篇广义相对论的计算文章，以解释自然界为什么不可能存在“史瓦西奇点”。

他假想了一个靠着引力吸引而聚集在一起的运动粒子集团，然后通过计算证明了当这个集合越来越紧密时，球面上的引力就会增强，而在球面上运动的粒子为了产生足够的离心力，就必须运动地更快。

然而，当这个集团小于1.5倍临界周长时，引力会变得非常巨大，表面上的粒子就不得不超过光速。所以粒子集团不可能小于1.5倍临界值。

甚至爱因斯坦还计算了天体内部压力，得出当一个天体的周长被压缩到1.125倍临界周长时，中心的压力就会成为无限大，但无限大的压力不可能存在。所以天体也就不可能小于1.125倍临界周长。

爱因斯坦的计算是正确的，但他的理解却错了。这是因为在那个时代，物理学家们有一种倾向性观念：一个天体能得以存在，必须内力与外力平衡。然而事实却是内力是可以舍弃的。

在这次认知黑洞的战役中，曾帮助爱因斯坦洞察引力的直觉，却阻碍了他对黑洞的洞察。由此可知，正确的结果有时并不一定能得到正确的答案。

认知：黑洞架起了广义相对论与量子力学的桥梁

从20世纪20年代到50年代，物理学家对“史瓦西奇点”的研究，实际上都只在针对一个问题：自然界允许存在这种物体吗？

直到60年代后期，数学家克尔计算出了旋转黑洞的精确解，天文学界在黑洞观测上也有了进一步的发现，支持黑洞存在的证据开始压到一切质疑。1967年，“黑洞”这个名字正式被美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒（John Archibald Wheeler）叫响。大多数物理学家才开始认真面对黑洞。

60年代以前，人们主要都是利用广义相对论研究黑洞的时空结构。这个时代黑洞物理学研究的主要成就，属于黑洞的经典理论。

如1967年，由沃纳·以色列（Werner Israel）证明的“无毛定理”，该定理规定事件视界必须是完全平滑的，以此定理还可推导出黑洞在宏观上只由质量、角动量、电荷三个物理量决定，进阶为“三毛定理”。

以及1971年，霍金证明的黑洞“面积定理”，即在黑洞事件视界面积在顺时方向永不减小。这意味着黑洞只能合并，绝对无法分裂。当时霍金还根据经典理论证明了黑洞的温度是绝对零度，不过这后来被他自己又证伪了。

60年代后，黑洞开始了全新的热力学方向的研究。

在以色列物理学家雅各布·贝肯斯坦(Jacob Bekenstein)的黑洞熵概念的启发下，1974年霍金提出了“霍金辐射”，即由于真空涨落，在黑洞附近产生的虚粒子对，有可能被事件视界分开，一个虚粒子掉进黑洞，另一个成功逃跑，进而转变为一个实粒子。

这在远处的观察者看来，就像黑洞在辐射一样。而且由于黑洞内外时空结构的不同，掉进去的大多是负粒子，所以黑洞会由于霍金辐射而失去质量。辐射也意味着黑洞有温度。

一个5倍太阳质量的黑洞，理论温度约10^-7K，不吃不喝也需要10^62年才会消失殆尽。黑洞的温度与质量成反比，所以黑洞质量越小，辐射越强，温度越高，寿命也越短。

霍金辐射的出现，可以说开启了黑洞量子领域的研究。黑洞会蒸发，意味着它吃进去的信息总有一天会消失，这是量子力学不允许的，为了对抗黑洞信息悖论，出现了互补原理、全息原理，进而又引出了黑洞火墙悖论。

至今，如何处理这些悖论依旧是一个谜。

人类如果进入黑洞会怎么样

你有没有偶尔出现过这样的念头：如果你掉进一个黑洞会发生什么？

你可能会认为自己大概会被压碎，或者撕成碎片。但现实可能比你设想的更加诡异。在你落入黑洞的一瞬间，现实将会被一分为二。在其中一种场景中，你将瞬间化为灰烬，而在另一种场景下，你几乎毫发无损，并且这两种情形可能都是真实的。

黑洞是什么？

黑洞是一类诡异之地，在这里我们所熟知的物理定律不再有效。爱因斯坦指出，黑洞的引力会弯曲时空，造成时空本身发生扭曲。因此如果有一个密度足够高的物体， 时空将发生严重扭曲，以至于在这个物体周围的现实时空之中形成一个类似凹陷的区域，这就是黑洞。当一颗大质量恒星耗尽其燃料之后发生爆炸塌缩，这一过程将 足以产生这样奇异的超级致密天体。当超大质量恒星的死亡核心在自身质量作用下不断收缩，它周围的时空随之扭曲。它的引力开始变得如此之强，以至于光线也无法逃离它的掌控：在这颗恒星原先所在的位置上，一个新的黑洞出现了。

黑洞最外层的是它的事件边界，也就是光线恰好开始无法逃离的引力范围边界。在这一区域之外，光线还可以逃离，而一旦越过这一边界，任何逃离的努力都将是徒劳 的。事件边界蕴含着巨大的能量。此处的量子效应会产生强大的高温粒子流并向外辐射，这就是所谓的“霍金辐射”。这是以英国著名天体物理学家霍金教授的名字 命名的，因为是他最先预言了这种辐射效应的存在。只要给予足够的时间，这种霍金辐射将最终耗尽黑洞的所有质量并导致黑洞的最终消亡。

随着你逐渐深入黑洞，时空变得更加扭曲，直到抵达黑洞的核心——在这里，时空的扭曲达到无限程度，这就是“奇点”。在这里空间和时间不再有意义，我们所熟知的，基于时间与空间概念的物理学定律也将全部失效。

新浪科技 答：

你有没有偶尔出现过这样的念头：如果你掉进一个黑洞会发生什么？

你可能会认为自己大概会被压碎，或者撕成碎片。但现实可能比你设想的更加诡异。在你落入黑洞的一瞬间，现实将会被一分为二。在其中一种场景中，你将瞬间化为灰烬，而在另一种场景下，你几乎毫发无损，并且这两种情形可能都是真实的。

黑洞是什么？

黑洞是一类诡异之地，在这里我们所熟知的物理定律不再有效。爱因斯坦指出，黑洞的引力会弯曲时空，造成时空本身发生扭曲。因此如果有一个密度足够高的物体， 时空将发生严重扭曲，以至于在这个物体周围的现实时空之中形成一个类似凹陷的区域，这就是黑洞。当一颗大质量恒星耗尽其燃料之后发生爆炸塌缩，这一过程将 足以产生这样奇异的超级致密天体。当超大质量恒星的死亡核心在自身质量作用下不断收缩，它周围的时空随之扭曲。它的引力开始变得如此之强，以至于光线也无法逃离它的掌控：在这颗恒星原先所在的位置上，一个新的黑洞出现了。

黑洞最外层的是它的事件边界，也就是光线恰好开始无法逃离的引力范围边界。在这一区域之外，光线还可以逃离，而一旦越过这一边界，任何逃离的努力都将是徒劳 的。事件边界蕴含着巨大的能量。此处的量子效应会产生强大的高温粒子流并向外辐射，这就是所谓的“霍金辐射”。这是以英国著名天体物理学家霍金教授的名字 命名的，因为是他最先预言了这种辐射效应的存在。只要给予足够的时间，这种霍金辐射将最终耗尽黑洞的所有质量并导致黑洞的最终消亡。

随着你逐渐深入黑洞，时空变得更加扭曲，直到抵达黑洞的核心——在这里，时空的扭曲达到无限程度，这就是“奇点”。在这里空间和时间不再有意义，我们所熟知的，基于时间与空间概念的物理学定律也将全部失效。

大质量天体会导致时空的扭曲大质量天体会导致时空的扭曲

在黑洞中，时空的扭曲程度到达极点在黑洞中，时空的扭曲程度到达极点

黑洞导致光线传播路径的极大扭曲，形成类似“透镜”的效果黑洞导致光线传播路径的极大扭曲，形成类似“透镜”的效果

半人马射电源A（Centaurus A）可能是一个位于我们银河系中央的大型黑洞半人马射电源A（Centaurus A）可能是一个位于我们银河系中央的大型黑洞

那么在这里究竟将发生什么？另一个宇宙？混沌？或是通往小时候书架的后面？没有人知道答案。

落入黑洞时会发生什么——你死了，但同时你活着

那么如果有一天你真的不幸落入其中一个黑洞之中，将会发生什么？首先我们假想你拥有一个名叫“安妮”（Anne）的同伴。你正朝着黑洞落去，而她仍然处于安全的距离外惊恐万分地观察着眼前的景象。从此刻开始，她将目睹一系列奇异现象。

随着你朝着黑洞的事件边界不断加速下落。安妮将会看到你的身体逐渐被拉长并扭曲，就像透过一个放大镜观察你的感觉。并且随着你越来越接近事件边界，安妮会发现你的移动速度似乎变得越来越慢，就像在看慢动作镜头。

你没有办法向她呼喊，因为空间里没有空气，但你想到用自己的iphone手机，利用闪光的方式向安妮发送一段摩尔斯电码（真的有一个这样的app）。然而你发出的信号向外传递的速度同样非常缓慢，光线的波长已经在强大的引力场中被严重拉伸，频率变得很低：“我很好。。。我 很 好。。。 我。。。。。。。很。。。。。。。好。。。”

当你最终抵达事件边界，安妮会发现你静止了，仿佛某人按下了暂停按钮。她会看到你还在那里，一动不动，拉伸的身体开始被烈焰吞噬。

在安妮看来，你已经因为空间的拉伸，时间的静止和霍金辐射产生的高热，在甚至还未跨越事件边界的时候已经化为灰烬了。

然而，在我们为你准备葬礼之前，先让我们忘掉安妮的报告，转而从你自己的视角来看一看这段时间里你究竟经历了什么？好吧，现在更加诡异的事情出现了：你觉得什么事都没有发生。

在你的下落过程中，你将感受不到拉伸，减速或是可怕的辐射。这是因为你正处于自由落体状态下，因此你感受不到重力的存在——爱因斯坦将这称之为自己“最令人愉悦的想法”。

毕竟，事件边界并不是一堵砖墙，而只是一种空间上的无形边界。一名位于外部的观测者无法目睹这一边界内部的事件，但这对于你而言不是问题——对你而言，这里并不存在什么边界。

当然，如果你正落入的是一个较小型的黑洞，那么你的确会有大问题。你将感受到强大的引力作用：你的腿部感受到的引力要比头部强大的多，你将会像一根意大利面条那样被拉长。但幸运的是你现在落入的是一个大型黑洞，其质量是太阳的数百万倍，在这种情况下，那种会将人撕碎的引力差将变得非常小，几乎可以忽略。

理论上说，在一个足够大的黑洞中你可以“正常”地度过余生，直到最终落到黑洞中央的奇点上迎来死亡。

“正常”——有多正常？你可能会有这样的疑问，因为此时的你正坠入时空连续体中的裂隙，完全不以自己的意志为转移，没有办法回头——一定没有人能够体会你的感受。

但奇怪的是，实际上从某种角度来看，我们是能够体会你的感受的——不是从空间上，而是从时间上——时间之河永恒地向前流淌，不以我们的意志为转移，我们只能随着时间向前走，没有办法回头。

这并不仅仅是一个比方。黑洞将空间和时间扭曲到了一个极端的程度，以至于在黑洞内部，时间和空间已经互换了角色。从某种意义上说，是时间将你推向最后的奇点。你无法回头逃离黑洞，一如我们无法回头，回到过去。

量子物理学指出，黑洞的边界可能存在一堵“火墙”量子物理学指出，黑洞的边界可能存在一堵“火墙”

黑洞的事件边界并不是一堵现实存在的墙黑洞的事件边界并不是一堵现实存在的墙

“黑洞信息悖论”

到了这一步，你大概会想：等一下，那个安妮到底是怎么回事？明明我什么都没发生，周围什么都没有，只有空旷的空间，为什么她一口咬定亲眼看到我在事件边界外就已经被烧成灰了？难道她产生幻觉了吗？

事实是，安妮并没有产生幻觉。从她的视角看，你的确是在事件边界附近就被烧成灰烬了。这不是幻觉。如果可以的话，她甚至还可以收集你的骨灰并带回地球给你的家人安葬。

实际上，自然界的定律要求从安妮的视角观察，你必须永远都无法进入到黑洞的内部。这是因为量子物理学原理要求信息不可丢失——任何描述你的存在的信息必须留在黑洞外部，否则安妮所在空间的物理学定律将会崩溃。

而在另一方面，物理学定律也要求你必须能够穿越事件边界，而不会遭遇到超热粒子流或其他任何异常的东西。否则你将违背爱因斯坦的那个“最令人愉悦的想法”和广义相对论原理。

因此，简单来说，物理学定律要求你同时存在两种状态——在黑洞外成为一堆灰烬，以及在黑洞内，完好地活着。然而还有第三项物理学定律，它指出信息是不允许被克隆的——你必须同时存在于两个地点，但同时你只能有一个。

不知怎的，物理学定律将我们带向了一个似乎违背常识的结论。物理学家们将这一矛盾性结论称为“黑洞信息悖论”（Black Hole Information Paradox）。幸运的是，在1990年代，他们终于找到了一种调和这对矛盾的方法。

物理学家莱纳德·苏斯坎德（Leonard Susskind） 意识到这一悖论实际上并不存在，因为并没有人能够看到另一个你。安妮只能看到已经化为灰烬的你，而你只能看到活着的你自己。你和安妮之间永远无法将这两个 “你”进行对比，并且也不存在第三名观察者能够同时看到黑洞内部和外部的情况。因此在这样的情况下，物理定律将不会被突破。

除非你非要深究，这两个你究竟哪一个才是真的你。你想知道：我究竟是活着还是死了？

黑洞的研究所揭示的一项重要事实便是：根本就没有现实。所谓现实仅仅取决于你所询问的对象是谁。在这个故事中有对于安妮而言的现实，也有对于你而言的现实。大概就是这样。

从事件边界喷涌而出的“霍金辐射”从事件边界喷涌而出的“霍金辐射”

黑洞——一旦你落入其中，永远不可能再出来黑洞——一旦你落入其中，永远不可能再出来

“鬼魅般的远距作用”

在2012年的夏天，一个物理学家小组（包括4名成员：Ahmed Almheiri，Donald Marolf，Joe Polchinski 以及James Sully，简称AMPS）设计出一项思想实验，它可能将会彻底颠覆我们对黑洞的认识。

AMPS小组意识到，苏斯坎德的解决方案完全基于一个前提，那就是黑洞的事件边界将可以调和你和安妮所见的不同事实。你安全的漂浮在空间里，而安妮看到你化为了一团灰烬，这不要紧，因为安妮看不到位于事件边界另一侧的那个你。但是，假如安妮找到了一种方法，可以在并不需要亲自穿越事件边界而得知这一边界另一侧情况的方法，那将会怎样？

简单的应用相对论，那么这个问题将不能成立，但量子物理学原理让这个问题变得比我们设想的更加复杂。安妮或许可以窥见事件边界后的一丝隐情，她采用的方法就是被爱因斯坦称作“鬼魅般的远距作用”（"spooky action-at-a-distance"）的一种现象。

这就是量子纠缠效应——两个粒子尽管在空间上分离，但却诡异地相互联系（“纠缠”）。它们同属于一个单一而不可分的整体，因此对其进行描述的信息无法在它们其中的任何一个粒子身上找到，而在于如鬼魅般将它们两者联系在一起的那种“纠缠”之中。

AMPS小组的思想实验正是基于此——设想安妮掌握有靠近事件边界的一组信息，称之为A。如果她的故事是正确的，你已经在黑洞边界附近化为灰烬，那么信息A必定与另外一组信息B之间存在纠缠，信息B应当与那团高温粒子流有关。

而在另一方面，如果你的故事是正确的，你在事件边界的另一侧安全地存活着。那么信息A则必须与另一个不同的信息C相互纠缠，这个信息C应当与黑洞内部的某种东西有关。

这里就出现了矛盾：每一组信息都只能被关联一次。也就是说信息A只能在B和C之间关联一次——要么与B纠缠，要么与C纠缠，不能两者同时。

因此安妮手里握有信息A，并将它放入她的手持式纠缠解译机，此时这台机器将会显示答案：要么B，要么C，而不会是两者同时显示。

如果显示的答案是C，那么你的故事胜出，但量子物理学原理将会崩溃。如果信息A与深入黑洞内部的信息C相互纠缠，那么对于安妮而言，她所掌握的信息A从此将永远消失，这就违背了量子物理学所规定的信息不可丢失的原则。

那么如果显示的结果是B呢？如果解译机器显示的答案是B，那么安妮的故事胜出，但爱因斯坦的广义相对论将会崩溃。如果信息A与信息B相互纠缠，那么安妮的故事就是真实的版本，也就是说你真的已经化为灰烬，而不是安然无恙地通过事件边界，就像广义相对论所要求的那样——你遭遇到一堵真实存在的“火墙”。

这样一来，我们就被迫回到我们最初开始的地方：当你坠向一个黑洞时究竟会发生什么？你会安然无恙地通过事件边界？还是会在下落过程中一头撞上“火墙”而化为灰烬？没有人知道答案，这已经成为基础物理学领域最持久的难题之一。

事实上，物理学家们已经花费超过100年时间试图调和广义相对论与量子原理之间的矛盾，他们知道最终这两者之间必定将会有一个做出让步。黑洞带给我们的这一悖论或许将帮助我们判断究竟哪一种理论将做出让步，并指引我们找出掌管宇宙运行的更深层次上的基本理论。

黑洞内部究竟是什么样的？没有人知道答案黑洞内部究竟是什么样的？没有人知道答案

“鬼魅般的远距作用”——量子纠缠效应——两个粒子尽管在空间上分离，但却诡异地相互联系（“纠缠”）“鬼魅般的远距作用”——量子纠缠效应——两个粒子尽管在空间上分离，但却诡异地相互联系（“纠缠”）

黑洞能从周围天体上吸取物质黑洞能从周围天体上吸取物质

回到起点

其中的线索之一或许就在安妮的解译机器上。要想解译出与信息A纠缠的另一个信息是极其困难而复杂的。因此新泽西州普林斯顿大学的物理学家丹尼尔·哈罗（Daniel Harlow）以及加州斯坦福大学的物理学家帕特里克·海登（Patrick Hayden）想要知道这样的解译过程将需要花费多长时间才能完成。

在2013年，他们计算的结果发现，即便借助物理学原理极限所允许的最强大的计算机，安妮要想解译出所需的信息也将耗费极其漫长的时间。到她最终解译出结果时，那个黑洞早就已经完全蒸发，从宇宙中消失了。

如果这一结果是正确的，那么解译过程本身的极端复杂性将阻止安妮找出两个版本故事之间哪个是真实的努力。这样就只能假设这两个故事都是真实的，何为现实仅仅 取决于不同的观测者，所有的物理学定律都将不会被违背——你已经死亡，化为了灰烬，但同时也安全地通过了事件边界，没有遭遇到可怕的“火墙”，安然无恙地活着。

这一结果也启发物理学家们去思考一些新的问题：那就是极端复杂的计算（如安妮所遭遇的那样）与时空之间的联系。这其中似乎隐藏着某种更加深层的秘密。

这就是有关黑洞的故事，并不仅仅关乎空间旅行者们的命运，它们也是理论物理学的天然实验室，将物理系定律中的一些极细微缺陷无限放大，到我们完全不能忽略它们的地步。

如果现实的真正本质仍然隐藏在某处，那么找出它们最好的地方就是黑洞。当然，在物理学家们真正有把握地搞清楚黑洞“火墙”的问题之前，我们最好还是站在事件边界的外部观察会比较好一点。或者我们就把安妮送进去，这次该轮到

什么是“黑洞火墙悖论”和“信息丢失悖论”？

“爱因斯坦说“上帝不掷骰子”似乎是个双重错误。上帝不仅会掷骰子，有时还会把它扔到看不见的地方，让我们感到困惑。”——史蒂芬·霍金

黑洞自从被提出以后，一直就得到了人们广泛的关注，从理论到证实其存在再到第一张照片我们花费了数十年的时间，但有时我们普通人觉得黑洞已经没啥可说的了，感觉已经对它很了解了。但是往往我们觉得越了解的东西，其实我们对它越不了解。有句话说的好：我们知道的越少，疑问也就越少。

黑洞其实是我们最不了解的一个奇异天体，它是检验我们目前所有理论的理想场所，但是当我们将目前以掌握的理论应用在黑洞上的时候就会出现很多的悖论，也就是各种理论不调和的现象就会出现。

例如：我们今天要说的两个问题：黑洞信息丢失悖论和黑洞火墙悖论。

理论上来讲，形成一个黑洞很容易，只需要将足够大的质量或者等量的能量压缩进一个体积足够小的空间内，就会得到一个黑洞，我们人类办不带，但在宇宙中，常以大质量恒星死亡时，以核坍缩的形式形成黑洞。如果一颗恒星的质量为太阳的20倍或更多，当它在II型超新星爆炸中结束生命时，就会产生一个黑洞。

一颗黑洞形成后，会随着时间的推移，不断的吞噬更多的物质或者与其他的黑洞合并，变为质量更大的黑洞，例如像银河系中心黑洞有数百万倍的太阳质量，而宇宙中最大的黑洞可以达到数十亿甚至数百亿倍的太阳质量。

由于黑洞内部的信息和外部是完全断开的，所以我们从黑面外面是无法知道一个黑洞是如何形成的，以及它们之间的组成有什么不同。只能知道黑洞以下几个特性：

黑洞的质量，

它的电荷，

以及它的角动量或自旋。

我们只能知道黑洞这些信息，其他一无所知。

如果我们制造了一个完全由中子构成的黑洞，那么它所携带的信息应该与由反中子构成的黑洞不同，或者与一个由电子或正电子构成的黑洞不同。“重子数”是量子宇宙中一个非常重要的信息，因为我们知道宇宙的重子数是守恒的，如果一个黑洞的重子数是10^58，而另外一个是0，虽然我们无法获取这些信息，但这些信息就应该以某种方式被保存了下来。下面再举个例子。

假设有一个东西掉进了黑洞。可能是一个质子，一个反质子，一个光子，两个光子等等。甚至可能是一个人！

在以上的东西掉入黑洞以后，黑洞的质量就会增加，但掉入黑洞的物质信息也会被编码到黑洞视界的表面。当一个物体（粒子、光子和人）穿过视界面的时候，外部的观察者会看到它们发出的光红移越来越大，光线变得越来越微弱、越来越黯淡、越来越红，但是在外部得观察者看来它们永远不会穿过视界面，而它们的信息就会被留在黑洞的表面，在那里永远存在。

如果黑洞可以永远存在，那么就不会有任何的信息悖论：有东西掉进啦，而关于这个东西是什么的信息就会留在黑洞的表面。

然后我们看看量子世界，这就是问题的根源所在。黑洞是一个巨大的引力源，所有的质量都被压缩在非常小的空间内，结果就造成了黑洞周围的空间被严重的弯曲，而量子世界在弯曲空间中的表现与在平坦空间中的表现不同。

具体来说，在平坦空间中存在非零的真空能量：粒子-反粒子对总是不断地产生和湮灭。在正常情况下，它们会存在很短的时间，然后再次湮灭消失在真空中。如果我们看“之前”和“之后”的状态，并不会发现有任何的不同。但在弯曲的空间中，如果粒子-反粒子对出现在视界面的两边，在极其罕见的情况下，这些虚拟粒子对中的一个会掉入黑洞内，而另外一个“虚粒子”会从黑洞中窃取能量变为一个实粒子，并于另外一个“反粒子”发生湮灭，产生一个黑体辐射光谱。

这是一个漫长而缓慢的过程：一个太阳质量的黑洞蒸发需要10^67年，一个超大质量黑洞蒸发需要10^100年，虽然时间长，但黑洞总是会消失的。这种霍金辐射是所有黑洞最终衰变的方式。

但是黑洞产生的这种辐射是随机的，不会携带进入黑洞内任何物质的信息，也就是说有信息进入了黑洞，但这些信息最终会随着时间消失。既然量子力学认为信息不应该这样摧毁，于是我们就有了一个悖论，这就是黑洞信息悖论！

通常的假设是，黑洞内部的信息必须被保留，而且黑洞的信息一定会以某种方式被编码到了发出的霍金辐射中，这样就能满足量子力学信息可以逃逸黑洞的要求了。但是具体以哪种方式被编码我们目前并不清楚，但是这样的假设又会把广义相对论放到了量子力学的对立面。

如果信息能被保存在黑洞的视界表面，并且被会编码到霍金辐射中发射出去，那么量子力学就认为，大量的信息在黑洞的视界面会形成一个高能量的帷幕，任何东西都不能穿过视界面落入黑洞。但在广义相对论中，根据等效原理，任何物体在穿过视界面的时候都不会感受到任何异常，我们无法区分是空间的扭曲还是由于加速度的作用，也就是说任何物体都可以穿越视界面，并不可避免的落入黑洞的中中心，这就又出现了黑洞火墙悖论。

霍金辐射的提出以下让众多的理论变得不可调和，其实这个问题就出在了视界事件面上，它让一个黑洞完全与外界发生了隔离，光线不能逃逸，信息不能正常逃离黑洞。于是霍金就提出了“灰洞”的概念，认为黑洞的事件视界面并不存在，取而代之的是表观视界面，光子可以携带信息被暂时的困在表观视界面内，但这个表观视界是并不会一直存在，它会在某个特定的时期消失(至于何时消失，在哪种作用下消失，霍金并没有提到)，这样黑洞内的光子就可以携带信息逃逸出来，只是时间的问题。

这样就完全回避了“信息丢失悖论”和“黑洞火墙悖论”，如果霍金描述是正确的，曾经哪个让所有物体都无法逃逸的事件视界就不存在，取而代之的就是有时间寿命的表观视界，那么黑洞也就不存在。但也有很多人不同意这样的说法，总的来说这些问题目前都没有得到一个很好的解答，霍金的说法也在短时间内无法证实。