本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
今天早上，珍-吕克·皮康通过乔纳森·奥本海姆的 Twitter 动态收到了一个悲伤的消息：物理学家、耶路撒冷希伯来大学教授雅各布·贝肯斯坦昨晚去世了。我从未有幸亲身见到贝肯斯坦博士，但我当然知道这个名字。在他的漫长职业生涯中，他获得了许多当之无愧的荣誉，最近一次是美国物理学会颁发的2015 年爱因斯坦奖，获奖理由是“他在黑洞熵方面的开创性工作，开启了黑洞热力学领域，并改变了统一量子力学和引力的长期努力。”根据奥本海姆的说法，他是一位“温柔的灵魂和杰出的物理学家”，并补充说贝肯斯坦对黑洞熵的见解“令人难以置信地非凡”。
大多数人听到“黑洞”这个词时，会立即想到斯蒂芬·霍金，或者（如果他们读过很多科普书籍）加州理工学院物理学家基普·索恩。他们理应如此。但是，还有更多杰出的头脑在努力解决黑洞物理学中棘手的含义，他们中的大多数人在物理学界之外从未获得过如此高的知名度。贝肯斯坦就是其中之一。
黑洞是卡尔·史瓦西对爱因斯坦广义相对论方程的特定解的结果，史瓦西在 1916 年第一次世界大战期间在前线遭受猛烈炮火袭击时，开始摆弄不同的解，就在爱因斯坦发表了他的开创性论文之后——这是他摆脱战争恐怖的方式。史瓦西正在计算空间的曲率，但在方程“爆炸”的地方遇到了障碍。当时没有人知道那个点是什么，但今天我们知道它是黑洞的事件视界。约翰·惠勒在 1968 年创造了“黑洞”这个术语来描述这些物体，我们现在知道它们不仅仅是假设的物体。它们实际上存在于我们的宇宙中。
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如果广义相对论是物理学家描述黑洞所需的全部，那就不会有问题。但他们也必须应对量子力学。通常，广义相对论适用于非常大的物理学（引力和时空曲率），而量子力学则支配着非常小的领域（亚原子粒子及其组成部分）。黑洞既非常巨大又非常致密——在奇点处密度无限大，在那里引力变得如此极端，以至于巨大的质量被压缩成一个极小的点。因此，两个“规则手册”都可以适用。这导致了一些非常严重的矛盾。
例如，贝肯斯坦意识到，当时对黑洞的公认描述违反了热力学第二定律。根据维基百科：“如果将具有熵的热气体扔进黑洞，一旦它穿过事件视界，熵就会消失。一旦黑洞吸收了气体并稳定下来，气体的随机特性将不再可见。拯救第二定律的一种方法是，如果黑洞实际上是随机物体，具有巨大的熵，其增加量大于气体携带的熵。”
在 1970 年代，计算黑洞的熵是一项特别艰巨的任务。正如我今年早些时候为Quanta撰写的那样
由于量子力学的怪癖，[黑洞] 会辐射少量热量——称为“霍金辐射”——因此具有温度。如果黑洞有温度，它们就必须有熵，熵通常被描述为给定系统中无序程度的度量。根据热力学第二定律，每个物理对象都有熵，并且熵必须始终增加。然而，广义相对论描述的黑洞光滑、无特征的图像并没有考虑到它的熵，熵是其量子力学描述的关键特征。
物体的熵由微观状态描述：原子可以重新排列以实现相同宏观物体的数量。炒鸡蛋比未破裂的鸡蛋具有更大的熵，因为炒鸡蛋的原子可以以看似无限的方式移动。相比之下，未破裂鸡蛋中独特的蛋黄和蛋清限制了原子级重排的可能性。
黑洞也不例外于热力学定律。“熵来自计算原子的[可能]状态，”加州大学圣巴巴拉分校的物理学家约瑟夫·波尔钦斯基解释说。“因此，黑洞应该具有某种原子结构，具有可数的状态。”问题在于，任何一个黑洞都比数千个炒鸡蛋具有更多的可能状态。
贝肯斯坦和他 1972 年的开创性论文登场了，该论文证明黑洞的熵与其周围事件视界的大小完全成正比。他还证明了可以在有限空间区域中存储的最大信息量，这个概念现在被称为“贝肯斯坦界限”。
那又怎样？您可能会问。恰恰是由于贝肯斯坦的见解，过去 40 年来理论物理学中一些最重要的想法应运而生——例如霍金辐射、黑洞信息悖论、全息原理，以及关于所谓的黑洞防火墙悖论的持续辩论。所有这些最终都可能帮助物理学家设计出完整的量子引力理论——一种可以考虑到广义相对论和量子力学要求的理论，到目前为止，这两种理论一直没有很好地协同工作。
对于一个您可能从未听说过的人来说，这是一个非常了不起的影响。安息吧，雅各布·贝肯斯坦。我们会想念您的。您的思想将永存。
参考文献:
Almheiri, Ahmedl; Marolf, Donald; Polchinski, Joseph; 和 Sully, James。(2013) “黑洞：互补性还是防火墙？” 高能物理学杂志 2。
Bekenstein, Jacob D. (1973 年 4 月) "黑洞和熵"。物理评论 D 7 (8): 2333–2346。
Bekenstein, Jacob D. (2003 年 8 月) "全息宇宙中的信息"，大众科学，289(2): 61。
Hawking, Stephen W. (1974) "黑洞爆炸？" 自然 248 (5443): 30。
Maldacena, Juan M. (1998) “超共形场论和大 N 极限和超引力”，Adv. Theor. Math. Phys. 2: 231-252。
Strominger, A. 和 C. Vafa。(1996) “贝肯斯坦-霍金熵的微观起源”，物理学快报 B 379:99-104。
Susskind, Leonard。(1995) "作为全息图的世界"，数学物理杂志 36 (11): 6377–6396。
Susskind, Leonard. 黑洞之战：我与斯蒂芬·霍金的战斗，以使世界对量子力学安全。纽约：Little Brown & Company，2008 年。