最著名的物理悖论即将结束?

2020-11-10 16:51   来源: 互联网    阅读次数:3479

黑洞、信息、纠缠熵、虫洞、拓扑学、涨落。霍金50年前提出的黑洞信息悖论似乎正以无数的高级和深层名词结束。


由于量子不确定性,黑洞产生辐射(即霍金辐射),从而逐渐失去质量,最终完全蒸发。这就导致了黑洞信息的悖论,任何落入黑洞的东西似乎都会永远消失,包括信息,它违背了量子力学中时间演化的统一性,也就是说,对于一个粒子来说,在整个空间中任何时候发现它的概率应该是1。通过一系列开创性的论文,理论物理学家已经非常接近于解决困扰他们近50年的黑洞信息悖论。现在,他们可以确切地说,这些信息确实离开了黑洞。


当你跳入黑洞时,你不会永远消失在黑洞中。粒子在你体内的排列,即信息,最终会再次出现。大多数物理学家早就因为弦理论而默许了这一点。但这种计算虽然受到弦理论的启发,但并不涉及弦理论。信息可能只是通过引力和单层量子效应而离开黑洞。


image.png


霍金和其他人试图用量子理论来描述黑洞内部和周围的物质,但爱因斯坦的经典理论仍然用于引力,物理学家称之为"半经典理论"。


这项新研究发现了额外的半经典效应,这是爱因斯坦理论允许的一种新的引力构型,但霍金没有考虑。当黑洞非常古老时,这种效应占主导地位。此时,黑洞从封闭变为开放。信息不仅会泄露,任何刚刚落入黑洞的东西都会立即出现。


这项工作汇集了高等数学中难以解释和理解的多重计算技术。虫洞、全息原理、新兴时空、量子纠缠、量子计算。基本物理学中的几乎所有概念都出现在这里,使学科变得复杂和混乱,但也令人难忘。


页面曲线


20世纪70年代,唐·佩奇(DonPage)以霍金的名义开始研究黑洞。他研究了霍金发现黑洞辐射的关键点:黑洞边缘的随机量子过程。


从黑洞喷出的粒子似乎没有任何内部信息。如果一个100公斤重的宇航员掉进黑洞,黑洞的质量将增加100公斤。然而,当一个黑洞发射出相当于100公斤能量的能量时,它不包含任何信息,而且你无法分辨辐射是来自宇航员还是铅。


这是一个严重的问题,因为黑洞最终会完全蒸发,剩下的只是一堆随机飞行的粒子,而掉进去的任何物体都无法恢复。这使得黑洞的形成和蒸发成为一个不可逆转的过程,这似乎违反了量子力学定律。


霍金和当时的大多数理论物理学家都接受了这样的结论:如果不可逆性违背了当时的理论,那将是一个错误。但佩奇感到不安,因为不可逆性违背了时间的基本对称性。1980年,他与导师霍金分手,霍金认为必须释放黑洞,或者至少保留有关进入黑洞的信息。物理学家分为两个流派。"大多数广义相对论学者同意霍金的观点,但粒子物理学家更喜欢我的观点。"佩奇说。


他在想的是这个过程中被忽视的部分:量子纠缠。辐射的发射和辐射源也应该保持一种量子力学联系。如果你单独观察辐射或黑洞,它们看起来是随机的。但如果你同时观察这两种情况,它们就会显示出一种模式。就像用密码对数据进行加密一样,单独的密码和加密信息没有任何意义,但它们一起可以解锁信息。佩奇认为,信息可以以类似的加密形式从黑洞中释放出来。


佩奇计算黑洞与辐射之间的纠缠总数,即纠缠熵。当一开始没有辐射时,纠缠熵为零。最后没有黑洞,纠缠熵为零。在中间过程中,纠缠熵将随着辐射过程而产生。总的来说,纠缠熵应该是倒V字。

责任编辑:无量渡口
分享到:
0
【慎重声明】凡本站未注明来源为"时尚界"的所有作品,均转载、编译或摘编自其它媒体,转载、编译或摘编的目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责。如因作品内容、版权和其他问题需要同本网联系的,请在30日内进行!