黑洞信息悖论:宇宙中信息是守恒的 黑洞除外

时间:2019-08-21 来源:www.benshanmedia.net

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新浪科技讯北京时间8月6日消息,据国外媒体报道,宇宙真的很喜欢自己的信息:宇宙不喜欢创造新的信息,它不喜欢破坏现有的信息。

事实上,使用“喜欢”这个词太弱了。至少就我们所知的而言,我们已经非常努力地进行验证,我们发现宇宙中的信息永远不会被创建,也永远不会被破坏。用最简单的术语来说:宇宙中的信息是保守的。

除了黑洞。这是正在发生的事情,让我们解释一下。

信息超载

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首先,我们需要定义哪些信息以及为什么要保留它们。物理学基于决定论:我们可以使用物理学来预测系统中未来的变化。这就是物理学的意义。无论是盒子中的粒子,复杂的化学反应,还是整个宇宙,我们的物理知识使我们能够通过我们对现在的了解来预测未来,从而做出清晰可靠的预测。

同样的方法也可以让我们回到过去。如果我们理解一个系统,那么可以扩展到未来的物理定律同样适用于过去。我们可以向前或向后移动时钟,看看系统过去是如何发展的,以及它将来如何发展。

正是这种可逆性使我们得出了可以保存信息的结论。如果我们完全理解系统中包含的每个粒子的位置和速度,所有粒子的旋转和电荷,以及所有其他情况,那么物理定律将告诉我们这些粒子在过去和未来是如何演化的。这也意味着系统的原始信息会随着时间的推移而动态存储,它们只会随着年龄的变化而变化,但不会被创建或破坏。

再见,黑洞

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乍一看,黑洞似乎是对信息的威胁。物质将落入黑洞并随其携带的信息被破坏。但是从外部观察者的角度来看,比如我们的观点,实际上没有任何东西落入黑洞他们只是越过边界。因此,对于信息而言,这似乎并不重要,它既没有被破坏,也没有被创建。

但黑洞似乎“蒸发”,这可能会导致一些问题。

英国物理学家斯蒂芬霍金在20世纪70年代首次发现黑洞并非完全是黑色的。他们将发出“光”,尽管非常非常弱。这就是所谓的“霍金辐射”,但这种辐射基本上是以热量的形式出现的。它类似于热量,就像你身体的体温一样。

这意味着黑洞辐射的数量和温度仅取决于黑洞本身的质量,旋转和电荷。除此之外没有其他因素。换句话说,无论你投入黑洞,无论是书本,猫还是宇宙飞船,它所发出的霍金辐射都是一样的。

结果,情况将成为问题。当黑洞“蒸发”时,它会失去能量,这意味着它会失去质量并最终消失。黑洞随着它携带的信息消失了吗?

换句话说,如果信息不能随着霍金辐射一起逃离黑洞,而黑洞本身会逐渐消失,那些信息会发生什么?他们会消失吗?这与上述宇宙中的信息保护原则相反。因此,出现了一个悖论。怎么做?

新物理学

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我们目前没有解决黑洞信息悖论的问题,但这并不妨碍智能科学家设想一些可能的潜在解决方案。

例如,有人建议此信息可能不会消失。虽然这看起来很简单,但这种方法几乎意味着重写所有物理。到目前为止,黑洞是唯一可以让我们克服信息保护困境的对象。因此,为了解决黑洞信息问题,是否真的值得重写整个物理学?但话说回来,在物理学史上,这不是我们第一次彻底改造整个物理学,黑洞确实是一个非常有说服力的对象。

也许,霍金辐射比我们现在所知的更复杂和更深;也许黑洞中的信息真的以某种方式“渗透”到了霍金的辐射中并从黑洞中逃脱;也许霍金的初步分析太简单了。也许通过仔细分析霍金的辐射,我们可以找到重现产生它的书籍,小猫和宇宙飞船的线索,从而证明霍金辐射确实带有其内部信息。

这个想法非常好,它可以拯救整个物理,使黑洞信息问题不复存在,但问题是看来这种情况的可能性不是太高。

当然,还有许多其他理论,例如落入黑洞的信息被传递到另一个时空。但无论如何,至少到目前为止,我们都没有确切的答案。

然而,黑暗中也有光明。最简单的一点是:无论哪种理论获胜,它几乎总会导致一种新的物理学,让人类更深入地了解物理学。无论我们如何最终解决这个悖论问题,人类都会加深对宇宙本质的理解。 (晨风)

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