“后爱因斯坦时代”的引力量子化( 二 )

刚开始的时候，理论物理学家认为有一种简单的解决办法，仅仅需要修正一下广义相对论的描述，允许引力场在同一时刻出现在两个地方，物理学家布莱斯·德维特和理查德·费因曼在1960年代开发了一个“修正理论” ，但是，他们很快就注意到这一理论仅仅在低能量的层级上有效，而在高能量层级上，当时空变得十分弯曲时，产生了荒谬的无限解，这种直接的简单化的量子化产生了荒谬的结果，仅仅能够作为一种更为复杂理论的“近似解” ，更完美的复杂理论不应当遭遇无限解的棘手难题，这种完整的、完美的理论到目前为止仍然是未知数，不会因为近期引力波的发现而获得根本的突破，他们将这一“关荣与梦想”的理论称之为“量子引力” 。
物理学家第一次将引力量子化的尝试失败了，他们找到了主要的原因，当引力变得非常强大时，方程式的解变得没有意义，好像当一个分数的分母变为零时，分数变得没有意义。为什么发生没有意义的情况？当超乎想象的能量被压缩到极小的时空区域时，现有的理论发生了“熔断机制” ，没有一个完整的量子引力理论能够描述超乎想象的能量集中现象，物理学家还不能解释在黑洞内发生的物理过程，还不能解释早期宇宙诞生的大爆炸起点。
黑洞发生了信息丢失，这变成一个强烈的指示器，指明了建立量子引力理论的必要性。斯蒂芬·霍金在1974年发现在靠近黑洞视界的物质场产生了量子涨落现象，导致了粒子的产生，物理学家称之为“霍金辐射” ，导致了黑洞丢失物质，黑洞收缩到一定程度时，可能什么也没有，好像一个庞大的帝国在历史长河中悄然消失了。在银河系和其它星系的黑洞辐射量极少，通过霍金辐射失去了极少物质而言，而通过吞噬周围的物体和气体得到了大量物质，但一旦宇宙充分冷却下来，宇宙膨胀使得黑洞辐射的过程变得不可避免，黑洞通过辐射逐渐蒸发，但持续数百亿、数千亿年时间。时间不会停止前行的脚步，黑洞终会消失，宇宙大地不再有徘徊的“黑洞幽灵” ，到处充斥了近乎虚无的辐射。

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除了温度，霍金辐射不包含任何信息，所有跌落到黑洞的信息在蒸发过程中不可避免地销毁了，自然和人类历史将不会留下任何的记忆和记录。量子理论的所有物理过程都可逆，至少在原理上如此，任何初期态的信息总能恢复，这类信息也许非常杂乱，不可辨识，比如：当人们烧毁了一本书，留下了烟尘和灰烬，但原则上说来，这些烟灰仍然包含了这本书的信息。
在黑洞发生的情形有所不同，一本穿越了黑洞视界的书将一去不复返，这与量子力学的基本原理相抵触，量子力学揭示了任何信息的可保存性。黑洞发生了信息的丢失，这没有影响到实际的观测和预测，但这一问题引起了物理学家的心理焦虑，它关乎理论体系的健全和完美，物理学家一而再、再而三地表达了理论的迫切性，通过量子引力理论解决黑洞的信息丢失难题，在非量子化的引力理论中，屡屡出现了不能解决的理论困境。
对非量子化的引力理论而言，黑洞和宇宙大爆炸存在难以克服的问题，它们的开始和结束都与一个奇点的产生相关，时空奇点似乎有无限的能量密度。其它理论也出现过相似的奇点概念，在所有的理论情形中，物理学家不得不承认，奇点的出现意味着这些理论的破产或终结，例如：流体力学方程式出现了奇点，这些方程式在低于原子尺寸的距离失去了作用，也许存在修正方程式失效的更为基本的理论，广义相对论的奇点概念给出了一个提示：爱因斯坦的理论不是万能的，它在奇点的世界变得不再适用，修正广义相对论可能开启“后爱因斯坦时代” 。