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信息是宇宙的本源吗?

在谈论本源问题时,信息和载体之间的关系会变得异常模糊,界限不清。也许应该换一种问法,是否存在任何不携带任何信息的载体?以及是否存在完全独立于能量、物质、空间和时间的信息?

我个人愿意相信,上述两个问题的答案都是否。即任何所谓的载体都必然含有某种信息,其次信息无法独立于时空能量和物质而独自存在着,换言之,我认为信息是本源的属性之一,如果一定要谈论本源的话。抛开纯粹的哲学思考,回到我们身处的真实宇宙世界中来,那么关于信息,当前有一个相当激动人心的悖论。

黑洞会摧毁落入其中的物质的所有信息吗?最初,提出黑洞辐射的霍金认为会,因为霍金当初认为,由于黑洞辐射的随机性,它们将无法携带有效信息。但随后一些量子物理学家发现,如果黑洞会摧毁落入其中物质的所有信息,那么黑洞将会变得极其常见,随着黑洞越来越小,其信息密度会越来越高,这会导致任何物质碰撞产生出一个黑洞的概率将上升到几乎无穷大,而这样的事并没有在我们周围发生。

图示:在黑洞事件视界附近的虚空中不断衍生着虚粒子对,本该随生随灭的虚粒子对,现在受到黑洞的影响,一者坠入黑洞之中,一者远离黑洞,由此产生的效果就是黑洞会经由此途径释放出能量,伴随着能量的释放(黑洞辐射或霍金辐射),黑洞会变小最终消失,这一过程被称为黑洞蒸发。而这一过程,看起来在理论上完全不可逆转,因此这也就意味着信息的彻底毁灭。

但是如果认为,霍金辐射中逃逸的虚粒子能够携带走信息,这就需要坠入黑洞中的那个虚粒子拥有极高的能量,这被通俗的称为黑洞火墙。或者要求信息的传播速度可以超越光速,因此能从黑洞中逃逸出来。但不管是黑洞火墙还是超光速进行信息传递,都严重违背爱因斯坦的广义相对论,除非在实验中得到证实,否则人们不能用这么简单的办法就认为自己解决了问题。而目前,我们没有任何手段去观察黑洞火墙或者超光速信息传播。

2014年,法国马赛大学的卡洛·罗威利(Carlo Rovelli)和荷兰内梅亨大学的弗朗西斯卡·维多图(Francesca Vidotto),尝试用量子引力效应解决这个问题。他们认为量子引力效应的存在,阻止了物质真的坍塌形成奇点,而只是到达最大的压缩状态。物质的能量密度到达普朗克规模(10^-99立方厘米)时,就达到了物理学上可能的最小体积。注意是物理学上不是数学上。

如果事实的确如此,那么随着黑洞的蒸发和收缩,它就会逼近普朗克点,而在这时将不再存在黑洞视界,所有围困在黑洞里的信息将全部逃逸,这时候不需要超越光速就能离开黑洞了。那么 ,在这种情况下,信息悖论就迎刃而解,所有的信息将重新释放回宇宙。

维多图认为,“黑洞有一个巨大的残余物——普朗克恒星——这使得我们能够理解黑洞的蒸发以及它生命的最终阶段。因对黑洞理解不够透彻而导致的信息悖论,此时也将不复存在。”

附注:1900年,物理学家马克斯·普朗克发现,能量可以分为不可再分割的单位,并将其命名为“量子”。除能量之外,也由此衍生出普朗克时间(最小时间间隔1E-43秒),普朗克长度(最小长度1.6x1E-33厘米,大约为质子/1022),以及本文提到的普朗克体积。

图示:青年普朗克

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