信息悖论被解决?信息可从黑洞里逃逸出来|黑洞|信息

MWC 656系统的艺术家概念图,该系统包含一个巨大的Be恒星和一个黑洞伴星。恒星以非常高的速度旋转,喷射出物质赤道盘,后者通过一个吸积盘传递给黑洞。

凤凰科技讯 北京时间3月10日消息,美国太空网报道,近日一组科学家们表示,每一个黑洞都隐藏了一个秘密——形成它的恒星的量子残骸,科学家们还预测了这些恒星会在黑洞蒸发后出现。研究人员将这些天体称为“普朗克恒星”,相信它可以解答现代物理学里一个非常重要的问题:信息悖论,也就是落入黑洞的物质所携带的信息最终哪里去了?这一理论或将最终调和量子力学和爱因斯坦描述引力的广义相对论,展示量子引力理论将如何解决物理学里一直存在的谜题。

弯曲时空

黑洞是太空里异常密集的区域以至于哪怕是光也无法逃离。据称大多数黑洞都形成于巨大恒星生命终结时,也就是恒星的内部压力不足以抵抗自身引力的作用,从而自我坍塌。大多数科学家们对此深信不疑,因为没有任何力量可以阻止坍塌的发生,最终它将形成一个奇点——也就是无限密集的区域,爱因斯坦的广义相对论也无法预测将发生什么。

然而“奇点理论”也存在缺陷。因为在无限密集的区域里物理学定律已经不再适用,没有人知道进入黑洞后将发生什么。20世纪70年代早期英国物理学家史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)提出黑洞会缓慢的蒸发和消失。但在这种情况下,落入黑洞的物体里所携带的信息呢?根据广义相对论,信息不会凭空消失,然而在黑洞里,信息很明显丢失了。因此这个“信息悖论”困扰了研究人员长达几十年。

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)试图回答这个问题,他们探索了这样一个观点,也就假定从宇宙大爆炸开始的宇宙其实出现于更早的收缩阶段之后的“大反弹”——这主要是因为量子引力效应。“量子引力效应产生了有效的冲击力,因此物质不会坍塌形成奇点,而是到达最大的压缩状态。” 罗威利说道。

因此当物质的能量密度到达普朗克规模,也就是物理学里可能的最小体积,宇宙将会“反弹”导致宇宙又开始膨胀,然后可能又会坍塌,以此类推周而复始。有关垂死恒星坍塌物质的命运,科学家们也曾提出相似的观点。研究人员表示量子效应——类似于阻止电子落入原子核内的效应——将会阻止恒星的坍塌,使得它无法到达奇点的状态。这颗恒星会变成超级紧凑的天体,在黑洞蒸发过程中反弹最终爆炸。最终,所有落入黑洞的物质将会被重新释放。

伽马射线爆发

研究人员表示,随着黑洞的蒸发和收缩,在某个点它的边界将会遇到普朗克恒星反弹后膨胀的边界。而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。在这种情况下,信息悖论迎刃而解,所有的信息将重新释放回宇宙。“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。” 维多图说道。

罗威利对此表示同意,“信息从来不是集中浓缩的,它能随着恒星的爆炸而逃逸。”他估计信息的释放将产生波长为10 ^-14厘米的辐射——也就是伽马射线的波长。

“现在我们能够了解其中的可能性了:如果在黑洞里,物质坍塌后又反弹,那么膨胀将会是场非常剧烈的事件,很可能是一场大爆炸。” 维多图说道。同时科学家们也补充表示,天文学家已经观测到普朗克恒星在释放信息,以名为伽马射线爆发的异常明亮的事件的形式。

“物理学没有终点”

最终,一旦这一理论被证实,它或可能是量子引力存在的确凿证据,法国格勒诺布尔约瑟夫傅里叶大学的奥雷利恩·巴洛(Aurelien Barrau)这样说道,他并没有参与这项研究。“这篇文章显示了量子引力具有某些实验性后果,这真是太吸引人了。”

接下来的一步将是精确的描述导致“大反弹”的量子引力过程,有可能借助于对现实版坍塌的精确电脑模拟,意大利国际高等研究院(SISSA)的史蒂芬诺·莱伯瑞提(Stefano Liberati)这样说道,他也并未参与这项研究。

“如果这一观点经更细节的计算后被证实,那么它将成为最新的证据,论证我们在广义相对论里所描述的奇点其实是目前理论缺少可预测性所导致的局面,而量子引力成功的解决了这一问题。在那个点,宇宙大爆炸或者黑洞中央不再是物理学的终点,而是另一扇等待打开的门,引领我们获得理解宇宙本质的巨大突破。”(编译/严炎刘星)

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来自:成为亨特  > 天文物理学
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