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黑洞信息佯谬:物理学中最著名悖论或将被终结

2020-11-01

majer @ 2020.10.30 , 15:07

最近发表了一系列突破性的论文,理论物理学家们已经令人期待地接近黑洞信息佯谬的答案。这个悖论已经困扰了他们近50年。他们现在可以自信地说,信息确实能逃出黑洞。

如果我们跳进黑洞,好消息是我们不会被彻底抹消。重组你身体所需的信息会重新出现。大多数物理学家长期以来一直认为进入黑洞中的信息也不会消失;这是超弦+全息理论的推导结果。新论文虽然受到弦论的启发,但却自成一派,丝毫看不到弦的影子。信息是通过引力本身的运作传出去的——只是普通的引力与量子效应。

根据爱因斯坦的广义相对论,没有任何东西可以从黑洞中逃逸。所谓的黑洞无毛定律,这里的“毛”就是信息。如果我们把物质投入黑洞,那物质本身所携带的信息就消失了,只保留下最纯粹的质量。但是,量子力学要求所谓的幺正性,在数学上等价于信息守恒——宇宙中的信息是不会消失的,只能转化。

著名的霍金辐射虽然揭示出黑洞的量子性和热力学性质,但也仅仅是黑洞外周发生的效应,不会带出黑洞内部的信息。不过霍金和其他人虽然试图用量子理论来描述黑洞内和周围的物质,但他们还在用爱因斯坦的经典理论描述引力——物理学家称之为"半经典"的混合方法。物理学家之前普遍认为,霍金已经搞定了半经典计算。任何新进展都必须在引力量子化之后——但把引力量子化是当代物理学界的圣杯,起码未来半个世纪里不抱期望。

最新研究的突破性就在这里了。他们发现了额外的半经典效应——新的引力结构,爱因斯坦的理论允许存在,但霍金没有考虑在内。起初这些效应并不明显,但当黑洞变得极其古老时,这些效应就会占据主导地位。黑洞从诡秘之主转变为充满活力的开放系统。不仅信息外溢,任何新落入黑洞的物质几乎都会立即被“反刍”。修正后的半经典理论目前还没有给出信息具体如何逃逸的机制,但理论前景非常喜人。

"我认为,这是自霍金以来,该课题里最令人兴奋的事情。"共同作者之一,加州大学圣巴巴拉分校的唐纳德·马罗夫说。

这项工作是高度数学化的,仿佛是戈德堡机器,将一个又一个看起来无关的引理和定律串联起来,读起来一头雾水。虫洞、全息原理、新兴时空、量子纠缠、量子计算机。几乎每一个基础物理学的概念都会出现,使得这个主题既吸引人又让人困惑。

同时,也不是每个人都对他们深信不疑。有些人仍认为霍金是对的,如果要从黑洞中逃出,必须要有弦理论或其他新奇的物理学。"我很抵触那些说'我用量子力学和引力中就能解决'的人,"南加州大学的尼克·华纳说。"因为它之前带我们走了多少弯路。"

但几乎所有人都同意一件事。在某种程度上,时空本身似乎在黑洞处分崩离析,这意味着时空并不是现实的基础,而是一种来自更深层次的东西的组合结构,就像分子是原子组成的结构一样。虽然爱因斯坦将引力设想为时空的几何学,但他的理论也蕴含了时空构件分离的可能,这就是信息最终能够逃离引力囚笼的原因。

https://www.quantamagazine.org/the-black-hole-information-paradox-comes-to-an-end-20201029/

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来自:lindan9997  > 前沿科学
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