我们能用光子球解决黑洞信息悖论吗？

　　黑洞是否像它们看起来那么简单，或者它们的故事还有更多？
　　试图解决所谓的黑洞信息悖论的理论预测，黑洞比广义相对论所暗示的要复杂得多。未来对光子球（黑洞边缘的旋转光带）的观察将能够检验这些理论。
　　信息悖论
　　根据阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论，黑洞出奇的简单。如果你知道黑洞的质量、电荷和自旋，你就知道关于它的一切。事实上，黑洞是宇宙中一些最简单、最直接的特征。
　　但这种表面上的简单性引发了一个令人不安的悖论。1970 年代，著名的天体物理学家斯蒂芬霍金意识到黑洞并不完全是黑色的。相反，它们通过一个微妙的量子力学过程在它们的事件视界或黑洞的边界发出辐射，在那里没有任何东西，甚至光都无法逃脱。
　　因为黑洞是如此简单，只能用三个数字来描述，所有落入黑洞的物质的信息似乎都被永远锁定了。如果你用死星和星际尘埃建造一个黑洞，或者用猫建造一个黑洞，这并不重要；只要这两个黑洞具有相同的自旋、质量和电荷，它们就是相同的。
　　在霍金对他的辐射过程的最初表述中，辐射并没有带走任何信息。但是当黑洞发出辐射时，它会蒸发，最终完全消失——这就是所谓的黑洞信息悖论。如果一堆信息落入黑洞，信息不能被破坏，那么当黑洞消失后，所有的信息都去哪儿了？
　　看光
　　在过去的几十年里，有许多尝试解决信息悖论。其中一些建议涉及扩展我们对广义相对论的知识。有些涉及尝试将广义相对论与我们对量子力学的理解结合起来。有些是非常奇怪的。
　　然而，迄今为止，所有解决信息悖论的尝试都没有得到证实。直接观察黑洞是非常困难的，因为我们通常只有在它们与周围环境相互作用（通常是通过吞下大块气体或尘埃）或当它们合并并释放引力波时才能看到它们。
　　但这一切在 2019 年发生了变化，当时一个名为事件视界望远镜的全球望远镜网络协同工作，提供了M87*的单一图像，这是一个位于室女座星系中心的超大质量黑洞。
　　那个形象令人震惊和难以忘怀。中心的黑暗虚空是黑洞事件视界投射的阴影，阻止了黑洞后面的任何光线穿透。那个空洞被黑洞周围的过热等离子体发出的幽灵般的光环所包围。
　　火环
　　关于黑洞事件视界的真实本质，这张图片可以告诉我们什么？
　　黑洞本身的事件视界远小于它的影子；由于黑洞附近空间的极度弯曲，阴影显得如此之大。位于事件视界和阴影边缘之间的某处是一个有趣的特征，它也是由空间的极端弯曲产生的：光子球。光子球是黑洞附近的一个区域，那里的引力非常强，以至于光本身可以围绕黑洞运行。
　　该区域的轨道不稳定；光子可以在黑洞周围循环几次，但它们不会永远停留。最终，它们会泄漏出去，在黑洞周围形成一个薄而可见的光环。
　　在经典广义相对论中，该光子球体非常薄，几乎不存在，而且在事件视界望远镜拍摄的 M87* 图像中也太微弱了。
　　现在，一组研究人员在试图解决黑洞信息悖论的理论中研究了光子球的特性。他们发现一些关于黑洞事件视界的复杂理论会影响它们周围的环境，包括光子球。该团队在最近发表在预印本数据库 arXiv 上的一篇论文中写道，在其中一些理论中，光子球可能会更宽，因此对于遥远的观察者来说也更亮。
　　尽管发生了变化，经典相对论和这些奇异模型的预测之间光子球的差异仍然太小，无法用事件视界望远镜看到。但那台望远镜令人难以置信的图像不会是我们拍摄的最后一张黑洞照片。未来研究 M87* 和其他超大质量黑洞的尝试将提供更高分辨率的图像。如果我们能够解析光子环，研究它的宽度和亮度将为我们提供有关事件视界性质的线索，并最终帮助我们解决黑洞信息悖论。