Stephen Hawking dog idag (14 mars) och lämnade en massiv arv av arbete som astrofysiker, vetenskapskommunikatör, aktivist och beundran av popkultur. Och på dagen för hans död, en fråga som han tog upp och arbetade med tills de sista åren av hans liv förblir obesvarad: Kan information verkligen gå förlorad till universum?
Hawkings mest kända papper, "Black Hole Explosions?", Som publicerades för 44 år sedan 1974, tog en lucka till hela uppfattningen om svarta hål som fysiker tidigare hade förstått dem. Och det var Hawkings första smäll på den grundläggande frågan.
"Klassiskt sett skulle ett svart hål vara" helt kallt "i den meningen att det absorberar allt men avger ingenting. Så här förstås de i början av 1970-talet," skrev Robert McNees, en fysiker vid Loyola University i Chicago, i ett e-postmeddelande .
Ett sådant svart hål skulle inte stråla ut någon energi och det kunde inte fly från det. Det skulle bara ... existera, kallt, tyst och evigt. Hawkings papper gjorde de svarta hålen levande - och möjligen dödliga.
"När Stephen övervägde kvantmekaniska effekter i mitten av 70-talet upptäckte han att svarta hål i princip borde stråla som om de var termiska föremål med en temperatur," sa McNees till Live Science. "Om de strålar ut energi kommer deras massa att minska. Och han fann att när detta händer, när de krymper, går temperaturen upp och de strålar ännu snabbare."
Så småningom försvann kanske det svarta hålet helt eller krymper till en liten nubbin. Utan att fullständigt förena relativitet och kvantmekanik i en robust teori om "kvanttyngd" (vad fysiker kallar en "teori om allt"), förblir det sista stadiet av den svarta hålindunstningen ett mysterium.
"Problemet är att enligt hans beräkningar är strålningen perfekt termisk. Den behåller ingen information om tillståndet för materialet som bildade det svarta hålet, och detta skulle bryta mot en grundregel i kvantmekanik," skrev McNees .
Kvantfysik kräver att hela partikelns framtid och förflutna i princip är möjlig att räkna ut och koppla samman en serie kedjade, kausala, sannolikhetshändelser. Men om ett svart hål släpper en odifferentierad soppa med partiklar med deras information - deras historia - oåterkalleligen raderas, så bryts det kravet i grunden.
"Informationsparadoxen om" black hole "och försök att lösa den har drivit mycket av arbetet i kvanttyngd sedan det först formulerades," skrev McNees.
Hawking var redan en klar fysiker vid 1974. Och många korta biografier tyder på att hans viktigaste vetenskapliga arbete stod bakom honom efter publiceringen av hans populära vetenskapliga bok "A Brief History of Time" från 1988. Men Hawking fortsatte att producera betydande och kontroversiella vetenskapliga artiklar tills så sent som i detta årtionde och krönade med den paradox som han introducerade årtionden tidigare.
Det mest dramatiska papper i sen karriär som Hawking skrev föreslog de svarta hålen eftersom de klassiskt har förstått inte finns alls.
I "Information Bevarande och väderprognoser för svarta hål", publicerad 2014, föreslog han att "evenemangshorisonten" kring svarta hål, den punkt utöver vilken även ljus inte kunde undkomma, inte verkligen existerar. Istället, skrev han, finns det helt enkelt en "uppenbar" horisont av fångat ljus som kan tona bort och låta ljuset fly.
"Avsaknaden av händelsehorisonter innebär att det inte finns några svarta hål - i betydelse av regimer från vilka ljus inte kan fly till oändligheten," skrev Hawking.
Han föreslog också några grundläggande konceptuella problem med ett antal funktioner som fysiker hade tillskrivit svarta hål, som "brandväggar" runt deras gränser som förstör observatörer som försöker komma in.
Det var inte Hawkings sista ord om vetenskap. Så sent som 2016 publicerade Hawking ett papper med University of Cambridge fysiker Malcolm Perry och Harvard University fysiker Andrew Strominger kallade "Mjukt hår på svarta hål."
Forskningsteamet hävdade att svarta hål omges av "mjuka" eller partiklar med noll energi, som de kallar hår. Det håret, skrev de, lagrar den förlorade informationen om partiklar som sänds ut från svarta hål på "holografiska plattor" utanför de svarta hålens gränsområden. Så informationen, medan den är fördrivet, försvinner aldrig riktigt.
"En fullständig beskrivning av den holografiska plattan och upplösningen av informationsparadoxen är fortfarande en öppen utmaning, som vi har presenterat nya och konkreta verktyg att ta itu med," skrev de.
Till och med nära slutet av sitt liv förblev Hawking mycket fungerande forskare och presenterade idéer som avancerade hans fält och idéer som hans kollegor avvisade.
"Det är mitt intryck att 2014-uppsatsen inte är allmänt accepterad. Uppsatsen 2016, å andra sidan, som är ett arbete med Perry och Strominger, är en riktning som människor fortfarande arbetar aktivt med," skrev McNees.
"Blackbox-informationsparadoxen har varit en av de avgörande frågorna för människor som arbetar med kvanttyngd. Och eftersom det förblir obesvarat tror jag att det förblir den mest intressanta frågan som väckte."
