แนวคิดเรื่องหลุมดำในอวกาศที่เกิดจากการยุบตัว
ของดาวฤกษ์มวลสูงนั้นเกิดขึ้นตั้งแต่ช่วงทศวรรษที่ 1930 แต่ในช่วงทศวรรษ 1960 นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ก็เริ่มเข้าใจรายละเอียดต่างๆ หลักฐานแสดงให้เห็นว่าหลุมดำมีอยู่จริง และเป็นองค์ประกอบสำคัญของเรื่องราวที่ยิ่งใหญ่ของจักรวาล ทว่าคุณสมบัติที่คาดการณ์ไว้บางส่วนยังคงทำให้งงและคุกคามกฎหมายทางกายภาพที่น่ายกย่อง
ความขัดแย้งที่มีมายาวนานประการหนึ่งเกี่ยวข้องกับชะตากรรมของวัสดุที่ระเบิดจนเกิดเป็นหลุมดำ ในหนังสือเล่มใหม่ของเขา The Black Hole War นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี Leonard Susskind แห่งมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด แคลิฟอร์เนีย อธิบายว่าเขาต่อสู้กับ Stephen Hawking แห่งมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ สหราชอาณาจักรอย่างไรเกี่ยวกับปัญหาที่ยุ่งยากนี้
หลุมดำได้รับชื่อเพราะแรงโน้มถ่วงของมันแรงมากจนดักจับแม้กระทั่งแสง ปรากฏเป็นสีดำจากภายนอก ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ ลูกบอลของสสารที่ระเบิดเพื่อสร้างรูยังคงหดตัว พบกับชะตากรรมที่ไม่แน่นอนที่ศูนย์กลาง และเหลือพื้นที่ว่างไว้เบื้องหลัง เนื่องจากนักฟิสิกส์เชื่อว่าไม่มีสิ่งใดไปได้เร็วกว่าแสง ข้อมูลหรือวัสดุใดจึงไม่ควรหลุดจากรู ข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับดาวฤกษ์ที่ยุบตัวจะหายไปจากจักรวาลภายนอก ทำให้ไม่สามารถบอกได้ว่าดาวฤกษ์นั้นประกอบด้วยสสาร ปฏิสสาร หรือชีสสีเขียว เมื่อเข้าไปในรู คุณสมบัติทางกายภาพภายนอกของมันจะเหมือนกัน
เหตุการณ์พลิกผันเกิดขึ้นในปี 1975 เมื่อฮอว์คิงแย้งว่าหลุมดำไม่ได้เป็นสีดำสนิท โดยการใช้กลศาสตร์ควอนตัมกับกระบวนการสร้างหลุมดำ เขาคาดการณ์ว่าจะต้องแผ่ความร้อนออกมา เนื่องจากความร้อนเป็นพลังงานรูปแบบหนึ่ง ความสว่างนี้จะต้องจ่ายโดยค่อยๆ ลดมวลของหลุมลง เพราะพลังงานและมวลมีค่าเท่ากันในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เมื่อเวลาผ่านไป รูจะระเหยออกไปจนหมด เหลือเพียงพลังงานความร้อน ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในรูปของโฟตอน พร้อมด้วยอนุภาคอื่นๆ อีกสองสามอย่างเช่น นิวตริโนและอิเล็กตรอน
ในช่วงเวลาอันกว้างใหญ่ ซึ่งยาวนานกว่าอายุปัจจุบันขอ
งจักรวาลอย่างมาก หลุมดำจะเปลี่ยนดาวทั้งดวงให้เป็นความร้อน ฮอว์คิงสรุปว่าพลังงานความร้อนจะมีลักษณะเหมือนกันทุกประการที่ดาวสร้างขึ้นในตอนแรก นักฟิสิกส์หลายคนไม่ชอบข้อสรุปนี้ หลักการของกลศาสตร์ควอนตัมคือข้อมูลจะไม่ถูกสร้างขึ้นหรือถูกทำลายในกระบวนการควอนตัม ตัวอย่างเช่น หากคุณโยนสารานุกรมลงในเตาหลอม อาจดูเหมือนว่าข้อมูลจะสูญหายไปอย่างแก้ไขไม่ได้ กลายเป็นความร้อนที่ไม่ต่อเนื่องกัน ตามกลศาสตร์ควอนตัม ข้อมูลสูญหายไปเพียงเพื่อวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติเท่านั้น โฟตอนอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาจากถ่านกัมมันต์ยังคงมีข้อมูลเดิมอยู่ แต่ในรูปแบบที่มีการรบกวนอย่างสิ้นหวังซึ่งทำให้เราไม่สามารถเข้าถึงได้ นักฟิสิกส์อนุภาคชั้นนำซึ่งนำโดย Susskind และ Gerard ‘t Hooft แห่งมหาวิทยาลัย Utrecht ในเนเธอร์แลนด์เป็นส่วนใหญ่ ประกาศว่าหลุมดำก็เช่นเดียวกัน ข้อมูลเกี่ยวกับดาวฤกษ์เดิมจะถูกห่อหุ้มด้วยความร้อนที่ปล่อยออกมา มันอาจจะยุ่งเหยิง แต่มันควรจะมีทั้งหมด
ฮอว์คิงขอร้องให้แตกต่าง ฉันจำได้ว่าเขาผ่านการโต้เถียงระหว่างการสนทนาในปี 1978 เขาให้เหตุผลว่าข้อมูลที่สำคัญเกี่ยวกับอนุภาคย่อยของอะตอมไม่สามารถดำเนินการโดยโฟตอนได้ ดังนั้นจำเป็นต้องใช้อนุภาคประเภทอื่น เช่น อิเล็กตรอนหรือควาร์ก แต่มีอนุภาคอื่นๆ ในรังสีไม่เพียงพอที่จะแสดงข้อมูลทั้งหมด เนื่องจากพลังงานความร้อนส่วนใหญ่จากหลุมดำอยู่ในรูปของโฟตอน ปริศนากลายเป็นที่รู้จักในนามความขัดแย้งของข้อมูล มันอาจดูเหมือนเป็นการหยิบฉวยเชิงทฤษฎี แต่ความขัดแย้งไปถึงหัวใจของทฤษฎีกายภาพและคำอธิบายของความเป็นจริง
ข้อสรุปสำคัญยิ่งที่ว่าหลุมดำกลืนกินและลบล้างข้อมูลทางกายภาพอย่างถาวรนั้นไม่ได้ทำให้ฮอว์คิงกังวลใจ ซึ่งมีภูมิหลังอยู่ในทฤษฎีแรงโน้มถ่วงและเรขาคณิตของกาลอวกาศมากกว่าที่จะเป็นอนุภาคและฟิสิกส์ควอนตัม กับนักทฤษฎีโรเจอร์ เพนโรสแห่งมหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ด สหราชอาณาจักร เขาพิสูจน์ว่าอวกาศและเวลาอาจมีขอบเขตหรือขอบ ซึ่งเรียกว่าภาวะเอกฐาน ซึ่งข้อมูลอาจเข้าหรือออกจากจักรวาลได้ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปทำนายว่าภาวะเอกฐานดังกล่าวแฝงตัวอยู่ที่ศูนย์กลางของหลุมดำ ซึ่งสนามโน้มถ่วงและส่วนโค้งของกาลอวกาศกลายเป็นอนันต์ ด้วยเหตุนี้ ข้อมูลของดาวระเบิดอาจหายไปจากอวกาศและเวลาผ่านภาวะเอกฐานของรู ฮอว์คิงมีความมั่นใจมากพอที่จะเดิมพันกับนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี John Preskill ที่สถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนียในพาซาดีนา
ความไม่แน่นอนในการโต้แย้งของฮอว์คิงคือชะตากรรมของภาวะเอกฐาน หากหลุมดำระเหยไปจนหมด ภาวะภาวะภาวะเอกฐานก็ต้องหายไปเช่นกัน แต่รายละเอียดขึ้นอยู่กับสาขาฟิสิกส์ที่ไม่สมบูรณ์ซึ่งเรียกว่าแรงโน้มถ่วงควอนตัม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การทำงานในทฤษฎีสตริง ซึ่ง Susskind มีส่วนสนับสนุนอย่างมาก ได้วางแรงโน้มถ่วงของควอนตัมไว้บนพื้นฐานที่ปลอดภัยยิ่งขึ้น ด้วยข้อโต้แย้งดังกล่าว Susskind และคนอื่น ๆ รวมตัวกัน sup
