霍金的黑洞信息悖論尚未解決

無論您在宇宙中做什麼，它的整體熵（entropy）總是會增加。 即使當我們把事情整理好了—組裝拼圖，打掃房屋，甚至煮沸的蛋清時—只有系統中那個孤立部分的局部熵降低了。為了完成這些壯舉，我們必須花費的能量使總的熵增加的數量大於排序（ordering）過程所減少的總熵，結果，熵總是增加。從另一個等效的角度來看，物理系統中的信息總量只能保持不變或增加。 它永遠不會下去。

但是對於黑洞，情況似乎並非如此。 如果您將一本書扔進黑洞，那本書將包含各種信息：頁面的順序，頁面上包含的文本，構成頁面和封面的粒子的量子性質等。黑洞，增加了它的質量/能量。很久以後，當黑洞由於霍金輻射而衰減時，該能量又散發出來了，但據預測信息是完全隨機的：這本書的信息已被刪除。 儘管最近有人聲稱悖論已經結束，但它仍然懸而未決。 這是實際情況的科學。

宇宙中存在的每個粒子都有一定數量的固有信息。這些屬性中的一些是靜態的：例如質量，電荷，磁矩等。但是其它屬性則取決於它所屬的系統及其相互作用的歷史：諸如量子糾纏特性、自旋、軌道角動量，以及是否與其它量子粒子結合。如果我們能夠知道系統的確切微狀態（microstate），即其中包含的每個粒子的量子狀態，那麼我們將知道該系統的一切知識。

當然，實際上，這在物理上是不可能的。 我們擁有我們知道並可以測量的屬性，例如氣體的溫度，然後是我們不知道的事物，例如該氣體每個原子的位置和動量。與其將熵視為一種誤導和不完整的無序量度，不如將熵視為確定係統特定微狀態所需的缺失信息量，這更為準確。熵的定義是理解量子信息概念的關鍵。

據所知我們的宇宙中，熵永遠不會降低，這就是為什麼黑洞信息悖論是如此令人困惑的原因。如果您將充滿信息的東西放到黑洞中，則黑洞將獲得進入其中的所有質量，能量，電荷和角動量。但是信息怎麼辦？ 原則上，它可以被拉伸並編碼在黑洞的表面上：我們可以定義黑洞的熵，以使其表面區域為每個信息量子提供一個駐留的位置。

但是，即使添加了這些內容，也沒有已知的方式來維護該信息。最終，隨著時間的流逝，黑洞將自發衰減：這是黑洞事件視界外時空彎曲的結果。該曲率由黑洞的質量決定，與質量較大的黑洞相比，質量較低的黑洞在事件範圍內的彎曲空間更嚴重。正如霍金在1974年證明那樣，黑洞並不是完全黑的，因為它們畢竟會發出輻射。這些輻射：
（1）具有黑體光譜：將完全黑色的完美吸收體加熱到一定的溫度會具有與黑體相同的特性；
（2）該溫度由黑洞的質量決定；
（3）輻射中包含能量，這會導致黑洞通過愛因斯坦的E = mc^2失去質量，直到黑洞完全蒸發為止。

但您可能會注意到某些遺漏：這種輻射不會返回您輸入的信息。 一路上的某個地方，信息被破壞了。 這是黑洞信息悖論的關鍵難題。

沒有人質疑這個難題的最初設置：信息存在，而信息（和熵）確實進入了黑洞以開始。 最大的問題是該信息是否再次出現。

【圖：美國太空總署；文：節譯自福布斯網頁】