黑洞可能不会完全消失，而是留下微小的残余物，将信息困在持久的振动之中。
斯蒂芬·霍金在20世纪70年代指出，黑洞并非完全"黑"。它们会缓慢辐射能量，随时间逐渐缩小，最终消失。然而，这一解释存在一个问题：如果一个黑洞完全蒸发掉，它所吞噬的物质的所有信息会怎样？量子物理学认为信息永远不会被摧毁，但黑洞似乎恰恰做到了这一点。这一矛盾就是著名的"黑洞信息悖论"。
研究作者指出："黑洞信息悖论是现代理论物理学中最重大的挑战之一，它引发了关于量子力学与广义相对论是否相容的深刻问题。"
如今，一项新研究为这一难题提供了可能的出路。该研究提出，黑洞永远不会彻底消失。相反，它们会留下微小而稳定的残余物，这些残余物储存着信息——而且令人惊讶的是，同样的想法或许还能解释基本粒子如何获得质量。
扭曲的时空与阻止黑洞终结的力量
为了解开这一悖论，研究人员超越了常规的引力图像。在标准广义相对论中，时空可以在质量和能量的影响下弯曲。然而，本研究采用的理论——爱因斯坦-嘉当理论——允许时空不仅弯曲，还可以扭转。这种扭转被称为"挠率"，在极小的尺度和极高的密度下变得至关重要。
研究团队在七维宇宙中探索了这一想法，而不是我们所体验的四维时空。他们使用了一种名为"带挠率的G2流形"的特殊数学结构，为描述这些额外维度的行为提供了一致的方法。虽然这听起来抽象，但其物理结果却异常清晰。
当物质在黑洞内部坍缩、密度向普朗克尺度攀升时，时空的挠率开始产生一种排斥效应。这种力向外推，抵消了向内的引力拉拽。研究作者表示："普朗克密度下的排斥力动态地阻止了霍金蒸发的最终阶段。"
黑洞不会无限坍缩或通过霍金辐射完全蒸发，而是达到一个稳定状态。研究作者补充道："这导致了一个稳定残余物的形成，其预测质量约为 9×10−419×10−41 千克。"
这彻底改变了黑洞的命运。如果它们不会消失，那么它们所包含的信息也就不必消失。
藏在黑洞残余物中的七维记忆
下一个问题是信息究竟存储在哪里。根据这项研究，信息通过物理学家所说的"准正则模"被编码在残余物的内部结构中。这些是物体自然的振动模式，类似于敲击后的钟声。
在这个模型中，这些振动发生在残余物几何结构内部的挠率场中。每种振动模式都可以携带量子信息，有效地将残余物变成一个存储系统。其核心思想是：所有落入原始黑洞的信息都被困在这些持久的振荡中，并被编码其中。
这种存储的规模也极其巨大。例如，一个由太阳质量的黑洞形成的残余物可以存储大约 1.515×10771.515×1077 量子比特的信息。研究作者表示，这正好与保存所有原本会在蒸发过程中丢失的信息所需的信息量相匹配，"从而防止黑洞完全消失，进而解决了悖论，且不违反任何物理基本定律"。
这些发现令人大开眼界，因为它们将黑洞物理学与粒子物理学联系了起来。当研究人员将他们的七维模型降维到我们观测到的四维宇宙时，他们发现同样的挠率场自然产生了一个约 246 GeV 的能量标度。这正是与希格斯场相关的能量标度，而希格斯场负责赋予基本粒子质量。简而言之，阻止黑洞消失的同一个几何特性，也解释了粒子为何具有质量。
超越当前实验的理论——但并非遥不可及
额外维度尚未被观测到的原因之一是，探测它们所需的能量远超当前技术水平。例如，该研究预测，与这些维度相关的粒子的质量约为 8.6×10158.6×1015 GeV，比大型强子对撞机所能达到的能量高出数百万倍。因此，直接探测目前是不可能的。
然而，该理论并非无法检验。它所描述的微小黑洞残余物的引力效应或许可以通过天体物理观测被探测到。未来的工作很可能集中在完善模型和寻找这些信号上。
目前，这项研究提供了一个令人信服的可能性：黑洞或许并非信息的终结之地。相反，它们可能是自然界最迷人的存储装置，秘密地保存着所有曾落入其中的事物的历史。
该研究发表于《广义相对论与引力》期刊。
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