河北
黑洞有个让物理学家至今都解释不了的问题。按照霍金那个著名的预言，黑洞并不是全黑的。它们会慢慢释放出一股极微弱的粒子流，也就是霍金辐射。
时间一长，这种辐射会让黑洞收缩，最后彻底消失。可这样一来，物理学就出了个大矛盾。如果黑洞没了，那它里面困住的信息怎么办？
量子物理说信息是不会被销毁的，可黑洞蒸发看起来却正好相反。
几十年来，科学家们一直被这个谜题困扰，因为霍金辐射太弱，根本没法直接观测，而把引力和量子物理联系起来的数学又出了名的难。
现在，一个国际研究团队找到了一条没想到的新路子。他们没有直接去硬碰黑洞，而是用一套叫“双重拷贝”的数学框架，把霍金辐射“翻译”成了粒子物理的语言。
“它能让我们巧妙地重复使用已有结果，算出以前根本算不出来的东西。”伦敦玛丽女王大学物理学家、研究小组成员之一克里斯·怀特说。
引力与粒子之间隐藏的桥梁
双拷贝是过去十年中重塑理论物理学不少领域的一个概念。其核心思想是，描述引力的某些方程在数学上可以重新写成粒子物理学的方程。
这个之所以重要，是因为现代物理学分成了两大独立框架。爱因斯坦的广义相对论解释了引力、黑洞以及宇宙中大质量物体的运动。
与此同时，标准模型描述了量子世界中的微小粒子以及它们之间的相互作用力。
这两个理论在各自领域都非常成功，但在像黑洞这样的极端环境下却很难统一起来。双拷贝就像是连接这两个世界的翻译器。
简单来说，物理学家有时可以把复杂的引力计算转换成更好处理的粒子物理计算。
这项技术已被用来更好地理解若干引力现象，但霍金辐射仍然是缺失的一环。科学家此前从未找到霍金辐射在标准模型中的对应物。这一空白限制了双拷贝方法在研究黑洞方面的应用潜力。
将霍金辐射转化为粒子碰撞
在新研究中，研究人员终于找到了霍金辐射的数学类比。这个转化后的版本不再描述粒子从黑洞逃逸，而是涉及一个带电粒子与由带电物质构成的坍缩球壳相互作用。
“我们考虑一个无质量标量粒子在坍缩电磁背景中的散射，”研究人员在描述用于在数学上模拟霍金辐射的粒子物理设置时写道。
令人惊讶的是，描述这一散射过程的数学与支配霍金辐射的方程相匹配。另外两个研究团队在各自独立的研究中得出了密切相关的结论，增强了人们对这种联系是真实的而非偶然的信心。
总而言之，这些论文表明，黑洞物理学的重要特征可能已经编码在普通粒子物理方程中。
这一结果之所以意义重大，是因为霍金辐射恰好位于两个截然不同的尺度交汇处。黑洞属于由引力支配的巨大宇宙天体范畴，而发出的粒子则属于微观量子世界。
双副本能够连接这两个尺度，这一事实表明，引力与粒子物理学之间的联系可能比科学家此前认识到的更为深刻。新框架还可能为物理学家提供一个绕开重大实验难题的途径。
由于真实黑洞的霍金辐射过于微弱，无法直接探测，研究人员或许可以转而从数学上研究其对应的粒子物理版本。这将使他们能够探索此前无法触及的黑洞行为方面。
黑洞悖论或许有了新的试验场
这项工作并未解决黑洞信息悖论，但它为科学家提供了一种攻克该问题的新思路。
研究人员现在希望进一步推进双副本框架，寻找其他黑洞特征的粒子物理对应物，包括事件视界本身——即任何物质都无法逃逸的边界。
如果这些联系也能成功对应起来，物理学家或许就能用原本研究粒子碰撞的方法，去研究黑洞的某些方面。
这会大大改变研究人员研究量子引力的方式，而量子引力是现代科学最大的未解问题之一。
不过目前这项研究还完全是纯理论的，现有的数学映射只适用于精心设定的条件，而不是真实的天体物理黑洞。
这项研究发表在arXiv上。
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