【我們為什麼挑選這篇文章】霍金是歷史上僅次於愛因斯坦的物理學家。他一生的發現不僅突破了物理學的極限，也重塑了我們看世界的角度。霍金的功勞無可限量，他的逝世也讓世人嘆息失去了一位人傑。
近日霍金與其他三位研究人員的研究論文公開了，而這就是最後一篇有霍金署名的論文。（責任編輯：陳伯安）
最後一篇署名 Stephen W. Hawking 的論文，公開了。
沒錯，正是那位今年 3 月 14 日逝世的著名物理學家 —— 史蒂芬·霍金。
這是他生前參與的最後一篇論文，甚至知曉論文更新時，霍金的回應已經非常艱難。
當是時，遠在美國哈佛的合作者 Perry 和 Strominger，通過視訊向霍金彙報最新進展，卻不知霍金已近油盡燈枯。
「他已很難與人溝通，在我們打開揚聲器，解釋完研究的最新進展，他以一個『大笑臉』作為回應。」
然而誰也沒想到，幾天之後，霍金就此與世長辭。
那麼現在問題來了，這篇霍金生前的最後之作，究竟在研究什麼？
黑洞中消失的物質 VS. 量子力學的資訊永不消失定律
這篇論文名為《Black Hole Entropy and Soft Hair》，署名作者共 4 人。
一作 Sasha Haco，劍橋大學博士生，霍金的「徒孫」；二作霍金；三作 Malcolm Perry，劍橋大學教授，霍金的博士生；四作 Andrew Strominger，哈佛大學教授。
論文主要解決的是「黑洞資訊悖論」問題。
這一難題起源可追溯至愛因斯坦。1915 年，愛因斯坦提出廣義相對論，解釋重力如何從物質的時空彎曲效應中產生，以及行星為何圍繞太陽旋轉。
但是愛因斯坦的理論也對黑洞做出了重要預測，尤其重要的一點是黑洞可以完全由三個特徵來定義：質量、電荷和角動量。除此之外，所有的黑洞都一模一樣，特質被剝奪殆盡。
60 年後，霍金提出了他此生最重要理論——黑洞蒸發理論，即通常所說的「霍金輻射」。
如果將量子理論也計算進去，霍金發現黑洞並不是完全「黑」：它會向視界外輻射光子和少量帶質量粒子，黑洞的質量隨之逐漸變小，蒸發速度越來越快，最終消亡。
然而，量子力學的一個基本規則就是資訊永不消失。如果一個物體被黑洞吞噬，當黑洞本身最後都消失了，物體包含的資訊都去哪兒了？
更具體來說，物理學中的資訊指的是每個粒子的特定狀態，包括粒子的質量、位置、旋轉方式、溫度等，還有人的名字、指紋資訊這些廣義上的資訊。
而黑洞，眾所周知是一種密度極大的物體，可以將黑洞附近的一切物體甚至包括光都吸進去。隨著這個過程，黑洞吸走的不僅是物體，還包含資訊。
一直以來，人們都認為這些資訊將會永遠被封存在黑洞中。直到 1975 年，「霍金輻射」認為，黑洞是有溫度的，而且黑洞終將蒸發，蒸發後一無所有。黑洞原有的質量和能量回到了宇宙中。
這就與量子力學的基本原理產生了一個悖論：
黑洞中消失的資訊 VS 資訊永不消失的量子力學規則。
後來，霍金意識到，1975 年的想法可能是個 Bug，黑洞根本不會蒸發。當霍金輻射逃逸時，黑洞內的資訊也洩露了出來，資訊依然還在宇宙中，並沒有消失。
何謂光子軟毛？為何與黑洞質量計算相關？
所以論文《黑洞熵與軟毛髮》提出了一個新的觀點，用來解釋那些從黑洞中洩露出來的資訊去了哪裡。
由於黑洞本身引力巨大，導致它的周圍附近不太可能有其他什麼物質，因此，你可以將黑洞理解為一個發際線已經消失的「禿子」。
而光子，則是黑洞附近柔軟的「毛髮」，可以記錄黑洞的「熵」。
任何有溫度的物體，都有熵，黑洞也不例外。熵基本上是對人們所瞭解的黑洞的質量或旋轉的定量測量。
這篇論文，正是給出了「軟毛髮理論」的計算方法。
但最大的遺憾是，霍金已無法繼續參與並推動下一步，為人類更深入揭示宇宙未知的奧秘。
關於霍金最後一篇論文的意義
論文公開後，業內普遍認為，這是對霍金科研生涯的最好收尾，這篇論文收集了霍金關於黑洞量子結構最後的一些研究成果，而過去 40 年里，霍金都在研究該主題。
但這只是整項研究歷程中一步，還不是最後的完整的答案。
論文合著者、霍金的博士生 Malcolm Perry 教授說：
在此之後，我們面前的未解之謎變少了，但還有一些令人困惑的問題需要解決，我們仍然沒有足夠的技術，來驗證霍金的偉大思想。
他還表示，霍金臨終前知曉了研究進展，我們正在給這個難題帶來一縷曙光。只是他再也無法跟我們分享激動之情了。
幾位合著者還在此次論文開頭，表達了對霍金的敬意：
失去我們深愛的朋友與合著者史蒂芬·霍金，我們深感悲痛，他對黑洞物理學的貢獻直至生命最後一刻，也會始終激勵我們，直到生命盡頭。
與霍金合作的三位研究人員
順便介紹下這篇霍金終作的其他三位合著者。
在這篇論文中，霍金是第二作者。
論文一作 Sasha Haco，劍橋大學應用數學與理論物理系博士，哈佛大學自然基本定律中心訪問學者，主要研究天體物理學。
Sasha 其實是霍金的小粉絲，中學時，她受到霍金《時間簡史》的啓發，決定大學讀物理學，2015 年進入博士研究階段，師從霍金的學生 Malcolm J. Perry 教授。
三作 Malcolm J. Perry，就職於劍橋大學應用數學與理論物理系，擔任理論物理學教授。
他是霍金的博士生，前面女士的老師。博士畢業後，Perry 先去了普林斯頓大學，後來回到劍橋，研究廣義複雜結構和弦論，2016 年開始和霍金一同研究黑洞物理學，併發表了許多黑洞熱力學方面具有影響力的作品。
最後一位作者 Andrew Strominger，理論物理學家，Calabi-Yau 弦論緊湊化的共同發現者，曾在 2016 年獲得基礎物理學突破獎。
他就職於哈佛大學自然基本定律中心，任 Gwill E. York 物理學教授。Strominger 博士畢業於 MIT，在哈佛擔任教授前，他曾在 UC 聖塔芭芭拉任教。他主要研究力和粒子的統一、宇宙的起源以及黑洞和黑洞表面的量子結構。
論文地址於此
（本文經原作者 量子位 授權轉載，並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題，原文標題為〈霍金临终论文公开：揭秘沉入黑洞的信息去向〉。）
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