物理学家利用"双重复制"数学工具，在粒子物理标准模型中找到霍金辐射的对应物，首次打通引力和粒子物理两大理论，为破解黑洞信息悖论开辟新路。
黑洞并不是完全黑的。它们会发出一种极微弱的粒子雾，称为霍金辐射，这一概念是围绕黑洞的诸多核心谜题的中心。但霍金辐射太过微弱，无法直接观测。如今，多个物理学家团队找到了研究这一现象的新角度。他们借助了一种被称为"双重复制"的数学联系，将两种看似截然不同的物理理论关联起来。
基础物理学理论分为两大阵营：标准模型描述亚原子粒子的物理规律，广义相对论描述引力。双重复制在这两个看似分离的理论之间建立了数学桥梁。这种关系可以被用作数学翻译工具，将一个物理"语言"的计算转换到另一个中去，这种转换可以让计算变得更容易，或揭示出新的洞见。
根据双重复制原理，广义相对论中的许多现象在数学上等价于标准模型中某些粒子的现象，唯有一点不同：引力理论中，方程的某个特定部分有两个副本。自2010年这一关系被发现以来，它已成为理解各种引力效应的有力工具。伦敦玛丽女王大学的理论物理学家Chris White说："它让我们能够计算以前从未能计算的东西，只需巧妙地复用已有成果。"
此前，科学家一直没有找到基于双重复制的霍金辐射的标准模型对应物。亚利桑那州立大学的理论物理学家Cynthia Keeler评价说，找到它"标志着这些技术的重大进展"。这是因为霍金辐射连接了宏观与微观：巨大黑洞发射微小粒子。这一发现表明双重复制可以跨越两种尺度。
在一篇已被《Journal of High Energy Physics》接收的论文中，White及其同事确定了霍金辐射如何翻译为标准模型的语言。在这个语言中，霍金辐射的数学化身是一个带电粒子从一个向内坍缩的带电球壳上散射开来，这在数学上等同于霍金辐射粒子的发射。
另外两支团队也得出了基本相同的结论。2月发表在《Physical Review Letters》上的一对论文表明，黑洞固有的物理已蕴含在粒子物理的标准模型中。爱丁堡大学的理论物理学家Anton Ilderton说："这些论文已经开始展示如何从标准模型中提取这些信息。"
科学家希望用同样的方法探索黑洞更深不可测的特征，比如事件视界——那条进入后就无法逃脱的边界。哈佛大学的理论物理学家Uri Kol说："这是我们想要回答的大问题。这些论文提供了可以用来应对这个问题的工具。"
霍金辐射本身就足够引人深思。自1974年霍金提出这一概念后，物理学家意识到它暗示了一个谜题：当黑洞喷出粒子时，它会缩小并最终自我湮灭。物理学家不清楚它曾吞下的信息发生了什么，而量子物理学认为信息不可毁灭。将霍金辐射的性质翻译为标准模型的语言，可能有助于揭示其中的奥秘。
西北大学的理论物理学家John Joseph Carrasco将霍金辐射称为"罗塞塔石碑"问题。通过研究它，物理学家或许能更流利地掌握引力的语言。
本文译自 sciencenews，由 BALI 编辑发布。