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黑洞信息悖论??一个让霍金都甘心认输的理论,至今仍

浏览数:  发表时间:2020-10-13  

1915年,伟大的物理学家爱因斯坦提出了广义相对论,带领人类更好地认识这个宇宙的规律。

在广义相对论中,有一个隐藏着的宇宙怪物被预言,这就是黑洞。

根据相对论的推导,宇宙中有这么一种物体:它的密度如此之大,导致在它的附近有着无与伦比的引力,甚至连宇宙中最快的光速也无法逃逸。这意味着,我们不可能通过视觉来看到它。

既然最快的光速都无法逃脱黑洞的引力,更不用说其他的物体了。任何物质如果胆敢离黑洞近一点,黑洞都会让它付出惨痛的代价。

可这个理论都引出了另一个问题:被黑洞吞噬的物质去哪了呢?抛开纯粹是假说而没有任何证据的白洞理论不谈,科学家们目前更相信被黑洞吞噬掉的物质就存在黑洞的内部。也就是说,黑洞只吃不吐,就像是中国古代神话中的貔貅一样。

这个理论一直被人们信奉了几十年,直到1974年,有一个人“站”了出来,用他的言论轰动了整个世界:黑洞并非真的只进不出,它也会向外释放能量!

当然,这个人不会真的站出来,因为他大部分人生都是坐在轮椅上的,他就是霍金。

根据量子效应理论,霍金有了重大的发现:黑洞并非完全不吐出物质,它也可以进行非常精微的黑体辐射。根据海森堡测不准原理,黑洞周围的空间会产生由黑洞的能量所产生的粒子-反粒子对。在黑洞附近,引力无比巨大,其中一个粒子被黑洞所吸收,迅速消失。而根据量子理论,另一个粒子和它恰好呈现出相反的状态,当它被黑洞吞噬、加速下落到黑洞时,另一个粒子会以相反的速度和它做相反的运动,也就是被喷射到宇宙空间。这就导致了黑洞质量的流失,以辐射的方式散入宇宙空间。因此,这个理论被称作是霍金辐射。

可是,这个霍金辐射理论虽然很合理,同时也带来了另一个问题:质量是辐射出来了,信息呢?

有人会问:这没头没由的,说什么信息呢?

事实上,这个问题比较复杂。

严格意义上来说,物理学(或者说其他一切科学)都是经验学科。比如说,我们知道你每次跳起来,都会落在地上,但是没法完完全全确定你下一次跳起来还会落在地上??没发生的事,谁也说不准。当然,这种经验学科对我们来说,已经足够了。我们可以通过物体现在的状态,判断它下一秒会变成什么样。这里所说的状态,就叫做信息。

同时,根据现在的信息,我们也可以反推出来,这个物体前一秒处在什么样的状态。

比如,你正在跑道上跑步,只要知道你的速度,就能知道你下一秒跑到哪里。同样的,根据速度,也能算出你上一秒在哪。虽然讨论黑洞涉及的信息要比这复杂得多,但是道理是一样的。

而如果简单地按照霍金辐射来考虑坠入黑洞的物体,我们就会发现:质量是可以辐射出来的,信息呢?

也就是说,难道一个人和一个鸡蛋掉进了黑洞,就完全变成一样的了?如果我们能把黑洞里的物质拉出来,就完全无法知道当初到底是什么掉了进去吗?随着黑洞的霍金辐射,它早晚有一天会全部蒸发,那么,到那个时候,曾经坠入黑洞的那些信息,又到哪里去了呢?

霍金坚信,所谓的那些信息,在物质进入黑洞的时候,就已经彻底消失了。而物理学家约翰?普瑞斯基尔则坚持认为,物质的信息不会丢失,而是会在蒸发的时候重现。为此,两个人打了赌。

而到了2004年,情况发生了变化。

经过几年的研究,霍金发现,被黑洞吞噬的信息不会完全丢失,它们还可以释放出来。这意味着,霍金承认了自己的失败,认同了信息守恒的观点。

2016年,霍金和他的团队提出了一个“柔毛层”的概念,认为这是黑洞的一个由光子和引力子构成的部分,可以储存物质的熵。也就是说,这个柔毛层,就是黑洞储存被吞噬物质的信息的地方。只要找到方法,就可以计算其中的信息量。

尽管霍金已经承认了黑洞的信息守恒,但是从整体上来说,黑洞信息悖论还没有被完全解决。所谓的柔毛层,目前还只是一个理论而已,无法被证实。

科学发现就是这样,建立在人们不断地探索、尝试、错误之上,才有了最后的成功。在霍金和普瑞斯基尔的打赌中,不论哪一个的理论是正确的,都是对于科学探索的巨大帮助,也都会开创一个新的局面。

不过,对于大部分人来说,信息守恒还是一件比较有趣的事情。如果普瑞斯基尔真的正确,或许当一个人不小心掉进黑洞的时候,根据他的信息,我们就可以将他救回来……


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