黑洞信息悖论的起源

   日期:2025-08-24     来源:本站    作者:admin    浏览:75    
核心提示:      虽然物理学告诉我们,信息既不能被创造也不能被摧毁(如果信息可以被创造也可以被摧毁,那么物理学的整个存在理由,

  

  The origins of the black hole information paradox

  虽然物理学告诉我们,信息既不能被创造也不能被摧毁(如果信息可以被创造也可以被摧毁,那么物理学的整个存在理由,即预测未来事件或确定现有情况的原因,将是不可能的),但它并不要求信息是可访问的。几十年来,物理学家一直认为,落入黑洞的信息仍然存在,仍然存在,只是被锁在了视线之外。

  这很好,直到20世纪70年代,斯蒂芬·霍金发现了事件视界的秘密复杂性。事实证明,这些黑暗的野兽并不像我们所相信的那样简单,黑洞的视界是整个宇宙中引力与量子力学明显相遇的少数几个地方之一。

  统一量子力学和引力的探索可以追溯到一个多世纪前,在这两个伟大的物理学领域发展之后不久。阻碍它们统一的是数学中无限的泛滥。只要引力在小尺度上变得强大,我们的方程就会发散到无穷大,并给出无用的无结果。但现在我们在黑洞的边界,根据定义,这里是强引力的地方。由于事件视界是数学构造,而不是具有有限范围的实际表面,因此要真正理解它们,我们必须从微观上研究它们,从而将它们牢牢地置于量子领域。

  小尺度的强重力。当我们的数学爆炸时,黑洞肯定不会。一定有什么东西将引力和量子力学结合起来,某种数学技巧或物理洞察力的壮举,无论完成这项任务的是什么,都是在宇宙中每个黑洞的视界上完成的。

  霍金等人在20世纪70年代开始了一个项目,利用黑洞事件视界在极端条件下研究引力和量子力学的结合本质,希望能梳理出它们结合的一些线索。虽然这个项目还没有充分发挥其潜力,但霍金确实发现了一些关于黑洞的非凡之处,就好像它们还不够非凡一样。

  他发现,严格来说,黑洞并不是100%黑的。当黑洞诞生时,通过现实的量子本质和视界形成的奇异相互作用,它们能够发射少量的辐射。确切地说,来自黑洞的辐射量几乎为零。例如,一个质量是太阳几倍的典型黑洞,每年大约会发射一个光子。所以你不太可能用你家后院的望远镜找到一个发光的黑洞(而且由于宇宙实际上充满了辐射,黑洞目前消耗的远远超过它们发射的)。

  这种辐射,现在被称为霍金辐射,以纪念斯蒂芬,在广义相对论和无毛定理所描绘的黑洞的原始图景中,是如何破坏的。让我们假设你给自己造了一个黑洞,把足够多的物质压缩到一个足够小的体积里,一个黑洞就出现在你面前。构建黑洞消耗了大量关于曾经享有自由的所有粒子的信息,而所有这些信息现在都安全地隐藏在事件视界后面。

  然后你把黑洞与任何生长源隔离开来:没有物质,没有辐射,没有能量供它享用。黑洞适时地发出霍金辐射,每次吐出一个光子。每次发射,黑洞都会损失一点质量(毕竟,天下没有免费的午餐,总得有人为宇宙中这种新发现的辐射埋单)。最终,如果你等待的时间足够长,黑洞会完全蒸发,消失在一团高能辐射中。

  一个问题。霍金辐射毫无特征。在物理学术语中,我们说发射是热的,这是另一种说法,它不包含唯一信息。你可以坐在自制的黑洞前记录下每一个霍金辐射粒子的能量和动量,直到它在10100年后自行坍缩,你除了知道黑洞确实在特定温度下蒸发这个愚蠢的事实外,什么也学不到。

  这就是黑洞信息悖论,一个困扰理论物理学半个多世纪的悖论,这个悖论的解决方案在于量子引力的未知领域,这个解决方案有望带来对物理学的新理解:信息进入黑洞。没有任何信息出来。霍金辐射使黑洞蒸发。黑洞消失了。信息是不能被销毁的,那么这些信息都去哪儿了呢?

  霍金的推理中一定有缺陷,因为宇宙容不得悖论。当两个对立的群体无法达成妥协时,政治革命就会发生:利益和目标的悖论。当两个对立的事实无法找到一条共同的线索时,科学革命就会出现:推理和演绎的悖论。

  我就直说了。在写这篇文章的时候,我们还没有/确认/商定的、经过测试的、可靠的解决黑洞信息悖论的方法。但我们确实有一系列有趣的线索,数学上的蛛丝马迹似乎把我们带到了某个地方,还有一些暗示的东西就在地平线上闪闪发光。

 
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