在1939年的一篇论文中，阿尔伯特·爱因斯坦试图拒绝的概念黑洞他在20多年前发表的广义相对论和引力理论似乎预言了这一点。“这项研究的基本结果，”爱因斯坦声称，当时他已是该研究所的教授，“是对为什么‘史瓦西奇点’在物理现实中不存在的一个清晰的理解。”
史瓦西奇点，后来被称为“黑洞”约翰-惠勒他是数学学院的前成员，他描述了如此巨大和紧凑的物体，以至于时间消失，空间变得无限。就在爱因斯坦试图否定黑洞的存在的同一年，罗伯特·奥本海默(J. Robert Oppenheimer)和他的学生哈特兰·斯奈德(Hartland S. Snyder)用爱因斯坦的广义相对论证明了黑洞是如何形成的。奥本海默于1947年成为该研究所的所长。上面这张照片摄于20世纪40年代末，展示了奥本海默与爱因斯坦的合影。根据杰里米·伯恩斯坦爱因斯坦是一名物理学家、作家，也是数学学院的前成员，他和奥本海默是否讨论过黑洞是未知的，但他们都没有再研究过这个主题。
下面,Juan Maldacena，学院的教授bob苹果下载，解释了弦理论解释黑洞的发展，其中量子力学和广义相对论，以前被认为不兼容的理论，是统一的。马尔达塞纳和其他人的工作已经对黑洞给出了精确的描述，这是一个存在于视界的理论的全息描述。根据这一理论，黑洞的行为就像普通的量子力学物体一样——有关它们的信息并没有像以前认为的那样丢失，而是保留在它们的水平面上——这使得物理学家将黑洞视为描述量子力学的实验室时空以及对强相互作用量子系统的建模。
古人认为空间和时间是预先存在的实体，运动就发生在它们上面。当然，这也是我们朴素的直觉。根据爱因斯坦的广义相对论，我们知道这是不正确的。空间和时间是动态的物体，它们的形状被在其中运动的物体所改变。普通的重力是由这种时空变形引起的。时空是一个物理实体，它影响粒子的运动，反过来，也受到相同粒子的运动的影响。例如，地球以这样一种方式使时空变形，不同高度的时钟以不同的速度运行。对地球来说，这是一个非常小(但可测量)的影响。对于一个非常大质量和非常致密的物体，时空的变形(或翘曲)会有很大的影响。例如，在中子星表面，时钟走得较慢，是远处时钟速度的70%。
事实上，你可以有一个如此巨大的物体，以至于时间完全停滞。这些是黑洞。广义相对论预测，一个非常大质量且足够致密的物体将坍缩成黑洞。黑洞是广义相对论中一个令人惊讶的预言，它花了很多年才被正确地承认。爱因斯坦自己认为这不是一个真实的预测，而是数学上的过度简化。我们现在知道它们是理论的明确预测。此外，天空中的一些物体可能是黑洞。
黑洞是时空中的大洞。它们有一个表面，叫做“视界”。这是一个标志着不归路的表面。跨过它的人将永远无法再回来。然而，当他穿过地平线时，他不会有任何特别的感觉。不久之后，当他被挤进一个“奇点”时，他会感到非常不舒服，“奇点”是一个引力场非常强的区域。视界是黑洞“黑”的原因;任何东西都逃不出地平线，光也不行。幸运的是，如果你呆在视界之外，没有什么不好的事情发生。奇点仍然隐藏在视界后面。
当我们考虑量子力学的影响时，令人惊讶的事情发生了。由于量子力学在视界附近的涨落，黑洞应该发出辐射，称为霍金辐射这是一个著名的理论预测斯蒂芬·霍金七十年代制造的。这意味着黑洞并不是完全黑的。黑洞可以发光，就像余烬，或者，如果它足够热，你甚至可以有矛盾的可能性白色黑洞。黑洞越小，温度越高。一个白色的黑洞应该有一个细菌的大小，一个大陆的质量。这样的黑洞虽然在理论上是可能的，但在宇宙的任何地方都不知道是自然产生的。自然产生的黑洞质量大于太阳，大小大于几英里。这样的黑洞也应该发出霍金辐射，但它被落入黑洞的其他物质所淹没。由于这个原因，霍金辐射还没有被直接测量。然而，导致它的论点是如此可靠，以至于大多数研究过它的科学家认为这是一个非常明确的预测。这种辐射的存在具有重要的后果。第一，黑洞有温度。我们知道，温度是由物体基本成分的运动决定的。 For example, air is hotter or colder depending on whether air molecules are moving faster or slower. In the case of black holes, what is moving? Black holes only involve gravity, so what is moving is spacetime itself. Since the nineteenth century, we have understood that when we have thermal systems we can compute a quantity called the “熵，它告诉我们系统拥有的微观配置的数量。从霍金的黑洞温度公式中，我们也可以找到这个熵。它与视界的面积成正比，也就是黑洞质量的平方。这也有点奇怪。几乎每一种物质的熵都与物质的数量成比例增长。在这里，它像正方形一样生长。这真的是一个“人越多越好”的例子。
霍金辐射的第二个后果是黑洞会失去质量，因为它们在辐射能量。因此，一个黑洞独自留在一个空荡荡的宇宙中，最终会完全消失。我们称这个过程为“黑洞蒸发”，因为黑洞以水滴的形式蒸发。
来自黑洞的霍金辐射引发了非常深刻而有趣的理论难题。爱因斯坦告诉我们，时空是一个物理对象。我们还知道，所有其他物理物体，如由物质或辐射构成的物体，都遵循量子力学定律。因此，时空应该没有什么不同，也应该遵守量子力学的定律。任何关于时空的量子力学理论都应该能够精确描述黑洞是如何形成和蒸发的。它还能对黑洞的熵给出精确的解释。
这里有一个有趣的悖论。通常情况下，形成黑洞的所有信息都落在了里面。另一方面，霍金辐射意味着黑洞会发射热辐射。这种热辐射显然不包含坠落物体的信息，因为这种辐射是在视界附近产生的。因此，黑洞可以以许多不同的方式形成，但它似乎总是以同一种方式蒸发。这与标准量子力学是矛盾的。在量子力学中(如经典力学)系统的信息不会丢失。不同的初始条件会导致不同的结果。有时结果可能非常相似。例如，如果一个人把这篇文章放进碎纸机，他似乎失去了上面写的东西。然而，原则上，人们可以把它重新组合起来。霍金认为，黑洞意味着量子力学的基本原理在引力存在的情况下不成立。也就是说，从黑洞中出来的辐射将完全是热的，并且没有落入黑洞的物质的信息。因此，黑洞似乎是信息的宝库，是威胁量子力学基本定律的反常怪物。
弦理论是用来描述时空量子力学的理论。因此，该理论应该解释黑洞是否与量子力学一致。事实上，由于弦理论遵循量子力学的一般原理，我们期望信息不会在黑洞中丢失。因此，信息丢失问题在九十年代得到了积极的研究。在弦理论最初的表述中，这个问题很困难，因为量子时空是从平坦时空开始描述的，然后考虑在其中传播的小量子涨落或涟漪。只要这些波纹之间相互作用微弱，理论就相对简单。然而，为了形成黑洞，你需要一个与平坦时空的强烈偏差。你需要把很多这样的波纹放在一起，当黑洞形成时，弦理论最简单的公式也变得难以控制。
在90年代中期，约瑟夫·波尔钦斯基(加州大学圣巴巴拉分校)取得了突破性进展，他发现弦理论还包含其他物体，称为区间．它们有一个奇怪的名字，原因对我们来说并不重要。你可以在心里给他们起任何你觉得更舒服的名字。这些类似粒子的物体比我们上面讨论过的时空涟漪更重。然而，人们可以在弦理论的规则内对它们进行非常精确的描述。很快人们就发现，它们非常适合研究黑洞。
单个d膜的描述相当简单。单个d膜非常类似于粒子;它的特点是它在空间中的位置。然而，单个d膜的重量不足以显著地弯曲时空。所以我们需要把很多d膜聚集在一起。当我们把它们放在一起时，会出现一种令人惊讶的新对称性。在普通的量子力学中，基本粒子是相同的，因为没有办法将它们区分开来。完整的描述在任何两个相同的基本粒子交换下是完全不变的，比如两个电子。d膜在一个更大的对称群下是不变的:一个完整的连续对称，称为规范对称。(对于以数学为导向的人来说:这是群体苏（N)和排列群年代N)．当Nd膜聚集在一起，膜的位置变成NxN矩阵。矩阵是一组数字。这是我们预料到的N膜用N位置，每个物体单独的位置。然而，我们发现它们被描述为N2数字。这些动态N2变量由规范理论．规范理论对于描述自然是非常重要的;我们用它们来描述三种力(电磁力、弱力和强力)。现在，如果我们想要将d膜大量分离，我们发现有一个力不允许它们被分离，除非矩阵是对角线的，然后将其减少到通常的描述N相同的粒子。当所有这些d膜都靠近时，排列它们的可能方法的数量随着它的数量增长得非常快。它长得像N2，而不是N通常用于广泛的系统。
这已经变得有点抽象了，所以让我们做一个类比。假设d膜是人。假设我们有一群N人(说N是一个很大的数字，例如一千)。现在想象每个人都可以快乐或悲伤。熵就是你需要完全指定每个人情绪状态的信息。在这种情况下，您需要指定N位信息:是否每个N人是快乐的还是悲伤的。如果N是一千，你需要一千比特的信息。另一方面，想象每个人都可以喜欢或不喜欢另一个人。现在，要捕捉每个人的全部好恶，你需要给予N2零碎的信息。如果N是一千，你需要一兆的信息。黑洞的情况与后一种情况类似，在这种情况下，人们必须跟踪涉及对d膜的变量，而不是单个d膜。在这个类比中，只有当d膜不喜欢(也不喜欢)所有其他d膜时，你才能分离d膜，所以构型的数量变得小得多。
大量的d膜重到足以扭曲它们周围的时空，并产生黑洞。为了产生一个具有一定温度的黑洞，就必须激发它们N2自由度。正如Andrew Strominger和Cumrun Vafa(都是IAS的前成员)所展示的那样，这导致了黑洞熵的精确微观计算。这些N2自由度产生了一种无法用单个粒子的运动来描述的高度纠缠态。然而，它可以非常精确地描述在规范理论的术语NxN矩阵。这个规范理论与我们用来描述自然界中强作用力的理论没有特别大的不同。有些细节是不同的。然而，在一些非常重要的方面是相同的。首先，它遵循量子力学的一般规则。其次，它存在于一个固定的时空中——在这种情况下，就是膜所在的时空点。
实际上，这导致了一个明显的矛盾。一方面，我们说过我们可以用规范理论来描述位于空间点上的膜。另一方面，我们说这些膜形成了一个黑洞，它的视界大小非零。
事实上，在弦理论中，这两种描述是等价的。规范理论描述的是黑洞周围的整个区域。如果我们从很远的地方观察黑洞，它看起来像一个点——这就是为什么矩阵存在于一个点上。另一方面，矩阵也产生了黑洞视界周围的整个时空区域。这是我提出的量规/重力对应关系爱德华•威滕(在国际会计协会)和Steven Gubser，Igor KlebanovAlexander Polyakov(普林斯顿大学)。
规范理论给出了黑洞及其周围几何结构的精确描述。它被描述为一个完全普通的量子力学系统。这解释了它的熵。它还对黑洞和黑洞周围的时空给出了完全的量子力学描述。这种描述有时被称为“全息”，因为整个时空动态地出现在一个存在于更小维度的量子力学描述中。(一个普通的全息图是一个二维表面，当它被照亮时会产生一个三维图像。)
回到人群和好恶模式的类比，其思想是，整个时空都被编码在不同人群的好恶模式中。时空涟漪就是这种模式的变化。“规范理论”是一个简单的动力学定律，它说明了这种模式是如何变化的。
这一描述在研究所和其他地方得到了积极的探讨。它在弦理论的特殊结构中得到了最好的理解。然而，类似的描述一般也适用于黑洞。这些理论的发展是为了证明黑洞的行为就像普通的量子力学物体。最近，为了通过黑洞来模拟强相互作用的量子系统，同样的关系正在被探索。因此，在某种意义上，黑洞已经成为了信息的来源，而不是人们所担心的信息源!
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