倫納德·薩斯坎德（Leonard Susskind）是弦理論和全息原理的先驅(qū),，他在過去半個(gè)世紀(jì)中，還提出了其他一些重要的物理學(xué)思想,。如今,，他又為一個(gè)重要的黑洞謎題提供了解答,。

這個(gè)謎題就是，黑洞作為一種神秘,、不可見的球體,，盡管從外部看保持著恒定的大小，但它們的內(nèi)部體積卻基本上是在永遠(yuǎn)保持增長(zhǎng),，這怎么可能呢,？

在最近的一系列論文和講話中,，薩斯坎德這位78歲的斯坦福大學(xué)教授和他的研究合作者提出，黑洞體積增長(zhǎng)是因?yàn)樗鼈兊膹?fù)雜性在穩(wěn)步增長(zhǎng)——這個(gè)觀點(diǎn)盡管未經(jīng)驗(yàn)證,，但卻促使人們開始思考,，黑洞內(nèi)部的引力是否具有量子特性。

黑洞是引力極大的球形區(qū)域,，甚至連光也無法從中逃逸,。一個(gè)世紀(jì)之前，愛因斯坦的廣義相對(duì)論首次預(yù)言了黑洞的存在,，此后,，科學(xué)家在宇宙各處都探測(cè)到了黑洞。（黑洞通常是死亡恒星向內(nèi)發(fā)生引力坍縮形成的,。）

愛因斯坦的理論把引力的作用等同于時(shí)空的彎曲（即宇宙的四維結(jié)構(gòu)）,，但黑洞中的引力非常強(qiáng)大，以至于時(shí)空結(jié)構(gòu)彎曲到了極限——也就是黑洞中心密度無限大的“奇點(diǎn)”,。

根據(jù)廣義相對(duì)論，黑洞的內(nèi)向引力坍縮從未停止過,。盡管從外部看上去,，黑洞似乎保持著恒定的大小，只會(huì)在新的東西落入其中時(shí)稍稍擴(kuò)大,，但隨著空間朝向中心點(diǎn)伸展,，它的內(nèi)部體積卻時(shí)刻在增大。

要簡(jiǎn)單地想象一下這種永恒增長(zhǎng)的圖景,，我們可以把黑洞想象成一個(gè)從二維平面（它代表的是時(shí)空結(jié)構(gòu)）向下延伸的漏斗,。漏斗越來越深，這樣,，落入其中的東西永遠(yuǎn)不會(huì)碰到底部那個(gè)神秘的奇點(diǎn),。

實(shí)際上，黑洞是一個(gè)從所有三個(gè)空間方向向內(nèi)延伸的漏斗,。圍繞著黑洞的球形邊界被稱為“事件視界”,，任何東西進(jìn)入其中就再?zèng)]有回頭路。

至少?gòu)纳鲜兰o(jì)70年代開始,，物理學(xué)家就已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，黑洞必然是某種類型的量子系統(tǒng),，就像宇宙中的萬(wàn)事萬(wàn)物一樣,。

愛因斯坦理論所描述的黑洞內(nèi)部翹曲時(shí)空，可能是大量引力粒子的的集體狀態(tài),，這種粒子就是量子引力理論描述的“引力子”,。這種情況下,，黑洞的所有已知特性都應(yīng)該能追溯到這個(gè)量子系統(tǒng)的特性。

事實(shí)上,，1972年,，以色列物理學(xué)家雅各布·貝肯斯坦（Jacob Bekenstein）發(fā)現(xiàn)，黑洞球形事件視界占據(jù)的區(qū)域?qū)?yīng)于它的“熵”,。這是黑洞內(nèi)全部粒子所有可能的微觀排列方式的數(shù)量,，或者就像現(xiàn)代理論物理學(xué)家描述的那樣，熵是黑洞存儲(chǔ)信息的能力,。

貝肯斯坦的見解讓史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）在兩年后認(rèn)識(shí)到,，黑洞是有溫度的，因此它會(huì)輻射出熱量,。這種輻射會(huì)導(dǎo)致黑洞慢慢蒸發(fā)掉,，這引出了廣受熱議的“黑洞信息悖論”，該悖論提出了一個(gè)疑問：那些落入黑洞的信息發(fā)生了什么,？

量子力學(xué)稱,，宇宙保留了有關(guān)過去的所有信息。但那些下落物質(zhì)的信息呢,？它們似乎在永遠(yuǎn)地落向中心奇點(diǎn),，難道也蒸發(fā)掉了嗎？

黑洞表面區(qū)域與其信息內(nèi)容之間的關(guān)系,，讓量子引力領(lǐng)域的研究人員忙活了幾十年,，但有人可能會(huì)問：從量子力學(xué)的角度來看，黑洞內(nèi)部不斷增長(zhǎng)的體積對(duì)應(yīng)的是什么呢,？“不管出于何種原因,，沒有人真正想過那意味著什么，這么多年來,，我也是如此,。”薩斯坎德說,，“到底是什么東西在不斷增長(zhǎng),？這本應(yīng)成為黑洞物理學(xué)的一個(gè)主要謎題?！?/p>

斯坦福大學(xué)理論物理學(xué)教授倫納德·薩斯坎德在位于加州帕洛阿爾托的家中。

近年來,，隨著量子計(jì)算的興起,，物理學(xué)家通過研究黑洞的信息處理能力（就好像它們是量子計(jì)算機(jī)一樣），獲得了有關(guān)這些物理系統(tǒng)的新見解,。

這個(gè)視角讓薩斯坎德及其合作者找到了一個(gè)候選對(duì)象,，來描述黑洞不斷變化的量子特性,，正是這種特性，導(dǎo)致了黑洞的內(nèi)部體積持續(xù)增長(zhǎng),。他們提出,，發(fā)生變化的是黑洞的“復(fù)雜性”——這大致衡量的是恢復(fù)黑洞初始量子狀態(tài)（黑洞形成時(shí)）所需的計(jì)算量。黑洞形成后,，隨著內(nèi)部粒子相互作用,，關(guān)于其初始狀態(tài)的信息變得越來越混亂。其結(jié)果就是,，黑洞的復(fù)雜性不斷增長(zhǎng),。

薩斯坎德團(tuán)隊(duì)利用簡(jiǎn)化模型，將黑洞以全息圖形式呈現(xiàn),，由此證明,，黑洞的復(fù)雜性和體積都以相同的速率增長(zhǎng)，從而為這樣一個(gè)觀點(diǎn)提供了支持,，即黑洞的復(fù)雜性和體積也許是互為支撐的,。

而且，鑒于貝肯斯坦已計(jì)算得出,，黑洞會(huì)存儲(chǔ)其表面區(qū)域所允許的最大信息量,，薩斯坎德的研究表明，黑洞的復(fù)雜性會(huì)以物理定律所允許的最快速度不斷增長(zhǎng),。

加州理工學(xué)院理論物理學(xué)家約翰·普瑞斯基爾（John Preskill）同樣也在利用量子信息理論來研究黑洞,，他認(rèn)為，薩斯坎德的想法很有趣,?！斑@種計(jì)算復(fù)雜性的概念在很大程度上是計(jì)算機(jī)科學(xué)家可能想到的東西，通常不是物理學(xué)家能玩得轉(zhuǎn)的,?！逼杖鹚够鶢栒f，“而它也許對(duì)應(yīng)于黑洞的某個(gè)特性——了解廣義相對(duì)論的人都能很自然地想到這種特性——這一點(diǎn)真的很酷,?！边@種特性指的就是黑洞內(nèi)部的增長(zhǎng)。

對(duì)于薩斯坎德理論的含義,，研究人員仍然感到困惑不解,。斯坦福大學(xué)理論物理學(xué)家阿隆·沃爾（Aron Wall）說，“這個(gè)提法固然令人興奮,，但在很大程度上仍然屬于推測(cè),，也許并不正確?！蔽譅柋硎?，為了闡明量子相互作用的復(fù)雜性是如何跟空間體積對(duì)應(yīng)起來的，挑戰(zhàn)之一是要在黑洞的語(yǔ)境下定義復(fù)雜性,。

普林斯頓高等研究院的黑洞專家道格拉斯·斯坦福（Douglas Stanford）指出,，一個(gè)潛在的教益是，“黑洞擁有某種內(nèi)部時(shí)鐘,，它的時(shí)間走得非常非常慢,。對(duì)于一個(gè)普通的量子系統(tǒng)，那是狀態(tài)的復(fù)雜性,。而對(duì)于黑洞,，那是視界后面區(qū)域的大小?！?/p>

假如復(fù)雜性確實(shí)是黑洞內(nèi)部空間體積的基礎(chǔ),，薩斯坎德預(yù)見，這將對(duì)我們對(duì)宇宙學(xué)的理解產(chǎn)生影響,?！安粌H是黑洞內(nèi)部會(huì)隨著時(shí)間推移而增長(zhǎng)，宇宙學(xué)的空間也會(huì)隨著時(shí)間推移而增長(zhǎng),?！彼f，“宇宙學(xué)空間增長(zhǎng)是否跟某種類型的復(fù)雜性增長(zhǎng)存在關(guān)聯(lián),，我覺得這是一個(gè)非常有意思的問題,。至于宇宙時(shí)鐘和宇宙演化是否也跟復(fù)雜性的演化有關(guān)，我不知道答案,?！?/p>