本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
這可能是我和理論物理學家們在一起度過的最活躍的一個半小時。4月份，在我參加的一個關於黑洞的研討會上，比爾·昂魯（Bill Unruh）做了一個演講，挑戰了他的同事們，而他們幾乎都認為這個問題在20世紀80年代中期就已經解決了。他的同事們反駁了他。房間裡充滿了辯論聲。在我參加過的大多數會議上，一位演講者提出他或她的想法，下一位演講者提出他或她的想法，這可能完全相反，沒有人回應其他人的觀點，也沒有任何問題得到解決。每個人都匆匆去吃午飯，讓旁觀者不知道該怎麼想。好吧，我仍然不知道該如何看待昂魯的論點，但看到偉大的頭腦相互交流，這真是令人振奮。
昂魯深入探討了統一理論探索中的核心問題：落入黑洞的東西會發生什麼？宇宙中沒有其他地方能像這裡一樣讓現代理論產生如此直接的衝突。愛因斯坦的廣義相對論認為黑洞是單行道：它們的引力非常強大，以至於任何進入黑洞的東西都無法再出來。量子理論認為黑洞是雙向道：所有過程在時間上都是可逆的，所以任何落入黑洞的東西都必須能夠以某種形式出來。
毫不奇怪，像昂魯這樣專門研究相對論的人傾向於將問題歸咎於量子理論。他們認為量子理論的時間可逆性，或者更嚴格地說，它的單一性失敗了。另一方面，專門研究量子理論的人傾向於找相對論的毛病。他們認為愛因斯坦的傑作一定出了問題，放鬆了黑洞的引力束縛。
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您可以幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
1984年，後一陣營的三個人提出了一個致命一擊。湯姆·班克斯、邁克爾·佩斯金和倫納德·薩斯坎德聲稱，如果單一性失敗，那麼能量和動量守恆定律也會失敗。他們的推理是熱力學第二定律的直接應用。任何不可逆的過程都會產生熵和熱量。在通常情況下，熱量來自燃燒燃料或其他能源；在這裡，它沒有來源。它憑空產生。
基本守恆定律的失敗已經夠糟糕了。更糟糕的是，它的影響不僅限於深空中的黑洞，也會影響到我們的星球。黑洞在我們周圍不斷出現和消失。量子物理學家通常不會因為這種虛無縹緲的泡騰現象而感到不安，這衡量了他們理論的怪異之處，即空間可能像許多跳跳糖一樣被短壽命的黑洞所覆蓋，而理論家們幾乎沒有眨眼。只有當能量守恆失敗時，它才會引起他們的注意。
薩斯坎德將能量守恆的失敗比作懷孕：沒有所謂的“少量能量不守恆”。一旦你有了任何能量不守恆，你就完蛋了。字面意義上的完蛋。所有這些黑洞都會把空間變成一個巨大的加熱線圈，把我們烤到1032度的溫度。我們沒有被烤死的事實意味著單一性成立，因此相對論必須崩潰。
昂魯說，沒那麼快。他是一位和藹可親、頭髮蓬鬆的加拿大人，他會讓你質疑你認為自己確信的事情。在研討會的一個早晨，研討會在聖巴巴拉的卡夫利理論物理研究所舉行，我去裝水瓶，在走廊裡撞見了昂魯和另一位物理學家特德·雅各布森。我們開始談論我們騎腳踏車去校園的事情，我評論了東邊的一些懸崖。昂魯問他們有多高。雅各布森和我估計都有100英尺。比爾甚至都沒有見過懸崖，但是，基於一些關於當地地形的總體評論，他非常懷疑我們的估計，以至於雅各布森和我失去了我們最初的所有信心。
他對熱黑洞的懷疑可以追溯到90年代中期，當時他和另一位相對論專家鮑勃·瓦爾德引用了材料物理學的新研究，這表明不可逆的過程不一定會產生熱量。尼古拉·普羅科菲耶夫和菲利普·斯坦普最近描述了一個過程如何反而導致自旋粒子開始像量子版本的搖擺陀螺一樣進行進動。導致粒子進動不需要任何能量消耗，因此它不受適用於其他過程的相同熱力學限制。
自那以後，實驗證實了普羅科菲耶夫和斯坦普的觀點，正如我去年在斯坦普在基礎問題研究所組織的一次會議上發言時瞭解到的那樣。斯坦普像昂魯一樣充滿逆反精神。量子理論可能是科學史上經過最嚴格檢驗的理論，但這並沒有阻止他警告說它可能不是最終答案：“我不認為對它過於確信是一個好主意。”
在聖巴巴拉，昂魯認為，如果黑洞的內部機制表現得像一堆搖擺的粒子，它就可以不可逆地吞噬物質，而不會反過來烘烤宇宙。經過一個半小時的激烈交流，幾乎沒有人被說服，昂魯變得越來越自嘲。“我承認我和鮑勃·瓦爾德的立場是少數觀點，”他最後說。“這是最後的掙扎。正如波普爾 [原文如此] 所說，你只需要等著我們死掉就行了。但有時候穴居人是對的。”
儘管昂魯的觀點是少數觀點，但他的立場仍然讓他的同事們猶豫不決。三週前，我參加了在斯德哥爾摩的北歐理論物理研究所舉行的關於量子引力的會議，該會議由物理學家和傑出的博主薩賓·霍森菲爾德組織。霍森菲爾德很幸運地將德國、義大利和西班牙的物理學家聚集在一起，而他們的國家足球隊正在2012年歐洲盃上交鋒。沒有什麼比史詩般的體育競爭和瑞典微型啤酒更能活躍物理討論了。
在午餐時聊天時，兩位與會者發現他們都在思考昂魯的論點，以及不可逆性是否一定會破壞能量和動量守恆。喬納森·奧本海姆一直在嘗試量子力學的替代方案，作為解開黑洞之謎的一種方法，他說，這裡和那裡突然出現的黑洞不會改變支撐守恆定律的空間和時間的整體對稱性。路易斯·加雷討論了沒有時鐘是完美的。不可避免的計時誤差可能會導致量子波不可逆地失去同步，而不會違反任何守恆定律。像昂魯一樣，奧本海姆和加雷也很謹慎。這並不是說他們認為班克斯、佩斯金和薩斯坎德的論文一定是錯的。他們只是認為沒有人可以對此做出確鑿的判斷。
在我們在聖巴巴拉的走廊裡相遇幾周後，雅各布森告訴我他檢查了谷歌地球，發現懸崖確實大約有100英尺高。昂魯最終搞錯了它們的高度。不過，他迫使我們三思而後行是對的。與其他逆反者不同的是，他將同樣的懷疑本能運用到自己身上。“如果你認為自己知道某個問題的答案，那麼你就會停止尋找答案，”他在他的演講中說。“對於年輕人來說：不要假設答案是已知的，無論演講者多麼自信，包括我。”
圖片來源：iStockPhoto