霍金辐射认为,黑洞一直在辐射能量了,但是,...

霍金悖论_百度百科
理论物理学家悖论主张不可能透露出东西,所有那些被它吞噬的东西将永远置身于我们的宇宙之外。这一论断被一些人称为“霍金悖论”(为了解决“”从而引发了的概念,或者说有多个宇宙共存的说法),因为它与相抵触。
霍金悖论理论简介
1975年,霍金创立了闻名世界的理论体系,让的概念家喻户晓。理论在原子的水平上对宇宙加以描述,推断出信息是从来不会丢失的。
如今,霍金已修改了黑洞理论,认为黑洞是可以“重新开放”的,所吞噬的信息可以以另一种形式释放出来,就像我们生活中的燃烧一样,只是信息的转化而已。
经过29年的思考,斯蒂芬·霍金表示、他以前对黑洞的看法是错误的。日,这位的著名正式发表了一篇论文,认为黑洞这种由星体残骸演化成的漩涡会保留被吞噬物体的痕迹、而且终将释放出少量被撕碎的物质。
霍金激进的新理论颠覆了他30年来为了科学地解释黑洞悖论而进行的努力:被吸入黑洞的物体怎样才能真正消失,不留一点痕迹呢?长期以来他一直是这样认为的,而亚原子理论认为物质的形式可以相互转换,但不可能完全消失。此前、霍金坚持认为、黑洞会摧毁其中所包含的一切微小信息,然后只是正常向外辐射能量。在第17届国际广义相对论和万有引力大会上,霍金提出了令人难以置信的新的计算结果,认为黑洞能够将吞噬的物质慢慢释放出来,而且吸收和释放的方式都只有一种。
62岁的霍金说他不再相信20世纪80年代的理论、当时的理论认为黑洞可能可以通往另一个宇宙空间,这正好可以用来解释被黑洞吞噬的物质和能量去了哪里。霍金站在粒子物理学家一边、长期以来,粒子物理学家们坚持认为任何被黑洞吞噬的物质都不会凭空消失,最后必然以一种特殊的方式释放出来。霍金面对来自50个国家的大约800名物理学家和其他科学家发表了演讲,他说:(黑洞里)没有我曾设想过的子宇宙分支,物质信息仍然牢牢地保存在这个宇宙里。我很遗憾这让科幻迷们失望了,但如果物质信息被保存了,就不可能利用黑洞去别的宇宙空间旅行。如果跳进一个黑洞,物质能量将以一种被撕裂的形式返回到宇宙中、其中包含以前的信息,但是已经处于无法辨认的状态。
霍金的新理论在物理学权威中激起了怀疑和困惑的浪潮。霍金在发表演讲时,其中的两位领军人物美国的威廉·翁鲁和的罗伯特·沃尔德不断耸肩摇头表示怀疑。黑洞专家说:霍金完全改变了他自己以前的观点——霍金以前认为进入黑洞的一切都会被冲走。他相信从黑洞释放出的任何物质都能追溯到来源。他已经偏离了仍然坚信的理论。[1]
霍金悖论研究历史
上世纪70年代,霍金提出的“黑洞热辐射”理论是20世纪最杰出的理论物理成就之一,但当时这一理论的一些观点受到了量子物理学者的质疑,科学家们认为被黑洞“吞掉”的物质的信息最终将会随黑洞一起消失,在量子物理的角度上是无法解释的。为此,30年来学术界一直存在着争论,此次霍金提出的新观点——黑洞在某一时间,将会把它吞掉的信息释放出来,从表面上看弥补了他以前理论的缺陷,但是这也不足以肯定这一理论就是正确的。赵教授解释,物质所包含的信息并不像质量或能量一样具有守恒的性质,因此霍金此前的信息消失理论并不是完全无法接受的。
从20世纪60年代到80年代,黑洞研究取得了重大进展。最初人们认为黑洞是一颗死亡了的星体,什么东西都可以掉进去,但任何东西都跑不出来。1974年霍金证明黑洞有温度、有辐射。霍金辐射的发现使黑洞和霍金本人都变得家喻户晓。
20世纪80年代以后,黑洞研究的重点逐渐从温度转向信息佯谬。人们早已知道,黑洞外部观测者会失去形成黑洞以及后来落入黑洞的物质的几乎全部信息,这就是“无毛定理”。所谓“毛”是指“信息”。黑洞只剩下总质量、总电荷和总角动量3根“毛”可以被外界探知。人们最初认为,虽然外部观测者不能探知黑洞内部物质的信息,但这些信息并没有从宇宙中消失,只不过隐藏在了黑洞的内部。霍金辐射发现之后,人们知道黑洞中的物质最后将全部转化为热辐射,而热辐射几乎不带出任何信息。这样,形成和落入黑洞的物质的信息将从宇宙中消失,信息不再守恒,不仅重子数守恒、轻子数守恒等定律不再成立,量子论的幺正性也将受到破坏。面对如此严重的理论困难,物理学家展开了激烈的争论。理论物理学家大都相信信息守恒,坚信幺正性这一量子论的基石不会被破坏。总之,信息应该守恒。以霍金和索恩为代表的相对论专家则认为信息不一定守恒,幺正性完全有可能被破坏。为此,霍金和索恩与坚信信息守恒的普瑞斯基打赌。
这种理论从诞生之初就遇到了麻烦:它同很多科学家坚持的“信息守恒定律”互为矛盾。这一度被人们称为“黑洞悖论”。
如同19世纪的科学家断定了能量守恒定律一样,20世纪的许多科学家提出了信息守恒一说——假如这个说法成立,那么“信息守恒定律”无疑将成为科学界最为重要的定律,也许比物质,能量守恒定律的意义更为深远。霍金的黑洞理论引起的激烈争执就是“信息”在黑洞中是否能够保存,守恒。”[2]
霍金悖论理论产生
所谓,是时空的一个区域,这个区域内的引力非常强大,以至于任何东西,甚至光都不能从中逃逸出来
。长期以来,科学家们认为黑洞会吞噬一切。但1974年,霍金提出,黑洞一旦形成,就会“蒸发”辐射出能量,同时损失质量,这种辐射亦称为“霍金辐射”。
霍金这一理论是黑洞研究中的一个重大进展。但与此同时,他又制造出了一个新的难题。霍金在1976年的另一篇论文中对此做出阐述:黑洞辐射并不含有任何黑洞内部的信息,在黑洞损失殆尽之后,所有信息都会丢失。而根据量子力学的定律,信息是不可能被彻底抹掉的,霍金的说法产生了矛盾,这就是“黑洞信息悖论”。
当时霍金辩称,黑洞的引力场过于强大,量子力学的定律并不适用,但他这种解释并不令学术界感到信服。哈佛大学物理学家施特勒明格就直言“我并不相信霍金1976年的理论,尽管我不知道他的计算到底错在哪里”。[2]
霍金悖论理论推翻
霍金悖论 霍金自己推翻自己的理论
《新科学家》
1976年,霍金称自己通过计算得出结论,他认为黑洞在形成过程中,其质量减少的同时还不断在以能量的形式向外界发出辐射。这就是著名的“”理论。但是,理论中提到的黑洞辐射中并不包括黑洞内部物质的任何信息,一旦这个黑洞浓缩并蒸发消失后,其中的所有信息就都随之消失了。这便是所谓的“黑洞悖论”。
这种说法与量子力学的相关理论出现相互矛盾之处。因为现代认定这种物质信息是永远不会完全消失的。近30年来,霍金试图以各种推测来解释这一自相矛盾的观点。霍金曾表示,黑洞中量子运动是一种特殊情况,由于黑洞中的引力非常强烈,量子力学在此时已经不再适用了。但是霍金的这种说法并没有得到科学界众多持怀疑态度学者的信服。如今,霍金终于给了这个当年自相矛盾观点一个更具有说服力的答案。霍金称,黑洞从来都不会完全关闭自身,他们在一段漫长的时间里逐步向外界辐射出越来越多的热量,随后黑洞将最终开放自己并释放出其中包含的物质信息。
这一重大研究成果还没有公开以论文的形式发表,已经在学术界引起了轩然大波。霍金在剑桥大学的同事、著名的物理理论学家博士表示,“霍金在这次研讨会上提出的观点也许是一种可行的解决方案。但是具体是否能得到最终认可,我看还需要由大家说了算。”但他认为,霍金最新的研究成果将可以和30年前发表的“霍金辐射”相媲美。
物理学家科特·卡特勒在接受《新科学家》杂志的访问时说:“霍金发出了一个信息,他似乎在说‘我已经解决了黑洞理论中的矛盾之处,我想就此发表一些新的看法’。但是我们作为该信息的接受者,预先却并没有看到任何有关的书面阐述。作为对霍金本人的尊重,根据他的名誉,我只能暂且先接受这种说法。”
日,在的举行“第17届国际广义相对论和万有引力大会”上,英国传奇科学家斯蒂芬·霍金教授宣布了他对宇宙黑洞的最新研究结果,霍金的态度来了个
霍金悖论 黑洞
180度转弯,表示自己原来的观点错了,信息应该守恒:黑洞并非如他和其他大多数物理学家以前认为的那样,对其周遭的一切“完全吞食”,事实上被吸入黑洞深处的物质的某些信息可能会在某个时候释放出来:信息守恒。
原因是先前把黑洞想得太理想化了,把黑洞热辐射也想得太理想化了。不过,霍金一直没有给出严格的证明来支持自己的新观点。索恩表示此事不能由霍金一个人说了算,他仍坚持信息不守恒的看法。普瑞斯基则表示没有听懂霍金的演讲,不明白自己为什么赢了。这一牵扯到量子论基础的敏感问题还远未解决。
黑洞不是一颗死亡了的星体,它具有丰富的内涵。黑洞的霍金辐射理论表明,黑洞不仅具有一般的力学性质,而且具有量子性质和热性质。如果黑洞的辐射谱为严格的,则黑洞辐射过程中信息丢失。Parikh和Wilczek认为,黑洞的霍金辐射的确可以看成是一种量子效应,但辐射粒子贯穿的势垒不是预先存在的,而是由出射粒子自身产生的。他们的研究结果支持信息守恒。
黑洞理论的研究已经超出了黑洞本身,它不仅通过信息疑难触及了量子论的重要基石——,而且掀开了探讨时间性质的新篇章。
黑洞内部有一个,那是时间终结的地方。大爆炸宇宙有一个初始奇点,那是时间开始的地方。彭若斯和霍金曾经证明过一个“”,该定理表明,任何一个真实的时空都一定存在奇点,即一定存在时间有开始或终结的过程。时间有没有开始和结束,原本是哲学家和神学家议论的话题,经过对黑洞和宇宙的研究,这一话题被纳入了物理学的领域。
宇宙学家相信,太空中有许多类型的黑洞,从质量相当于一座山的小黑洞,到位于星系中央的,不一而足。科学家过去认为,从巨大的星体到星际尘埃等,一旦掉进去,就再不能逃出,就连光也不能“幸免于难”。而霍金教授关于黑洞的最新研究有可能打破这一结论。经过长时间的研究,他发现,一些被黑洞吞没的物质随着时间的推移,慢慢地从黑洞中“流淌”出来。
霍金关于黑洞的这一新理论解决了关于黑洞信息的一个似是而非的观点,他的剑桥大学的同行都为此兴奋不已。过去,黑洞一直被认为是一种纯粹的破坏力量,而现在的最新研究表明,黑洞在星系形成过程中可能扮演了重要角色。[2]
霍金悖论转换定律
信息守恒与转换定律(邓宇等的基本信息守恒方程式)的定义1:
总的流进系统的信息必等于总的从系统中流出的信息,加上系统内部信息的变化;信息能够转换,从一种状态转变成另一种状态;信息可以创造,可以失存。用公式表示为
霍金悖论-黑洞
NQ= NW +ΔNU
DENG'S信息守恒定义2:
信息守恒定律是指“系统中储存信息的增加等于进入系统的信息减去离开系统的信息”
ΔNU= NQ-NW
系统中储存信息的变化=进入系统的信息-离开系统的信息
=新创造的信息-失去(“消失”失存离开)的信息 [2]
霍金悖论评价
霍金的自我否定与其所持的朴素科学观密切相关。霍金在科学理论的认识上有自己独特的见解。他认为,科学理论仅仅是一些模型或规则,而这些模型和规则“只存在于我们的头脑中,不再具有任何其他的实在性”。他还认为,简单性和解释力是一个“好的科学理论”必须满足的两个条件,但科学理论是不能证实的,在理论只是假设的意义上来说,“任何物理理论总是临时性的”。悖论是理论创新的突破口。霍金提出“黑洞悖论”,当时确实为科学界探索黑洞开创了全新的研究方向,但他的理论也存在一些与其他物理学理论相互矛盾的地方。其实,这次新发现将进一步完善霍金有关黑洞研究的理论体系。
霍金的自我否定,是他坚持实事求是的科学精神和敢于追求真理的理论勇气的生动体现。在他的身上,有科学家求真、求新的人格魅力。在攀登科学高峰的征途中,科学家总是在已知与未知的边缘上提出问题和解决问题。因而,科学家在研究中犯这样或那样的错误总是难免的。重要的是,科学家一定要保持对科学真理的执着追求和勇于探索的坚定信念。
霍金的自我否定,并非是心血来潮,也不是突然想改变他自己原先的理论。因为越来越多的理论证据迫使他不得不作出自我否定。据普雷斯基尔介绍,根据弦理论家的一些研究成果,普雷斯基尔等人已经建立了一个强有力的以显示黑洞真的能保藏信息的理论模式。霍金一直以极大的兴趣跟踪着弦理论家的工作,但霍金的学术论文还没有发表,一切都难有定论。他的新理论是否正确还要经过多方的验证。[1]
《科技潮》 2004 第8期 - 维普资讯网
刘尚励 《安徽教育学院学报》 2005 第6期 - 维普资讯网掉入黑洞=撞上火墙? | 科学人 | 果壳网 科技有意思
掉入黑洞=撞上火墙?
黑洞信息论引发火墙悖论,量子力学与广义相对论再起冲突
本文作者:Shea
Update:日,史蒂芬·霍金在arXiv网站上发布了一篇尚未通过同行评议的论文,试图解决本文提到的那个悖论——黑洞的“事件视界”内部,到底有没有一道焚毁一切的火墙,这涉及到一个根本的矛盾:该放弃的,是广义相对论,还是量子力学?
霍金既没有放弃相对论,也没有放弃量子力学,而是另辟蹊径,放弃了导致这一悖论的“事件视界”。在那篇论文中,霍金提出,黑洞附近的量子效应使得时空涨落极其猛烈,因此不可能存在一条绝对清晰的分界线,也就不存在一落进去就再也逃不出来的所谓“事件视界”。
取而代之的,是一个被称为“表面视界”的新概念。事物只是暂时被囚禁在其中,终有一天,随着“表面视界”的消失,被囚禁的信息会以另一种几乎无法辨认的方式被释放出来。不过,霍金在论文中并没有具体说明“表面视界”会怎样消失。
假如霍金是对的,那么原则上来说,一切事物最终都可以逃离黑洞,于是传统意义上的黑洞也就不复存在了。不过,对于这篇论文,物理学家也仍在争论之中。相信在很长一段时间之内,霍金的这一观点只能算是一家之言。
按照广义相对论,不幸掉入黑洞的宇航员在穿过一去不复返的视界时,应该不会感觉到任何特殊才对。量子力学却要求,黑洞视界之内存在一道火墙,会将宇航员瞬间焚成灰烬。图片来源:《自然》
(文/Anil Ananthaswamy)“在物理学中,悖论是个好东西,”约翰·普瑞斯基尔(John Preskill)说,“它们会向你指明通往重要发现的道路。”在量子力学和爱因斯坦的相对论中有许多这样的悖论。有只猫,它可以在同一时间即是死的又是活的。或者类似《回到未来》电影中的时间旅行者,他可以杀死自己的祖父,使自己无法降生。又或者,双胞胎中的一个接近光速往返一颗邻近恒星,团聚后他们会对彼此的年龄产生异议。每一个令人费解的窘境都迫使我们去审视细节,从而促进我们理解它背后的理论。爱因斯坦就是一个典型的例子,他的相对论就源自于解决他的时间悖论而作出的努力。
现在普瑞斯基尔,这位美国加州理工学院的理论物理学家,正在绞尽脑汁苦苦思索浮出水面的最新一则悖论。它被昵称为“黑洞火墙悖论”,事关有人掉入黑洞时到底会发生些什么。
距离我们最近的黑洞也在1000光年之外,因此这个问题纯粹是个理论问题。然而,正是通过研究这样一种可能性,物理学家希望能够取得突破,尝试将广义相对论和量子力学统一成量子引力理论——这也是现代物理学中最棘手的问题之一。
黑洞长久以来一直是滋生悖论的肥沃温床。早在1974年,史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)和以色列希伯来大学的雅各布·贝肯斯坦(Jacob Bekenstein)就证明,黑洞并不是全黑的。相反,它们会辐射出能量,被称为霍金辐射,由光子和其他量子粒子构成——这个过程极其缓慢,但最终会导致黑洞完全蒸发。
霍金发现,这个理论存在一个问题。这种辐射看上去相当随机,因此霍金推测它不可能携带任何与掉入黑洞的物质有关的信息。因此,随着这个黑洞蒸发殆尽,它拥有的信息最终必定会消失。然而,这与量子物理的核心宗旨直接冲突,因为量子物理认为信息不可能被消灭。黑洞信息悖论就此诞生。
几十年来,物理学家一直在努力解决这个悖论。霍金曾认为是黑洞摧毁了信息,向量子力学提出了质疑。其他人并不赞同这一观点。毕竟,霍金的想法源自于他本人对融合广义相对论和量子力学所做的尝试——这一数学壮举本身的艰深迫使霍金必须要作一些近似才行。普瑞斯基尔甚至和霍金打赌,押黑洞不会摧毁信息。
有几个论据指出,霍金错了。最令人信服的一个论据,来自于这样一种思考——蒸发中的黑洞变得越来越小会发生什么?如果信息无法逃逸,也无法被摧毁,就会有越来越多的信息被储存在越来越小的体积之中。但是,如果是这样的话,量子理论预言,无论在哪里,只要物质之间发生碰撞,产生一个微型黑洞的概率就会从几乎为零提高到无穷大。“你应该会在大型强子对撞机里看到黑洞,也应该会在费米实验室里看到黑洞,还应该在上世纪30年代那些房间那么大的粒子加速器里看到黑洞,”美国加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的理论学家唐·马罗夫(Don Marolf)说,“甚至当你在草地上跳来跳去时,你也应该看到黑洞才对。”
显然,这些并没有发生。而另一种可能性,即物质和它携带的信息能够从黑洞中泄漏出来,则是不太可能的。任何落入黑洞的物质都必须要以超光速运动才能逃脱黑洞可怕的引力。
也许,答案就藏在霍金辐射之中。它或许并没有那么随机。“常见的一个反应是,霍金只不过是大意了,”同在加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的约瑟夫·波尔钦斯基(Joseph Polchinski)说,“信息并没有丢失,只是霍金没有一直追踪它们到底。”
然而,试图解决这一悖论的所有早期尝试,都被证明是不成功的。波尔钦斯基说:“霍金发现了一个真正深刻的问题。”
霍金后来在2004年改变了主意,部分原因在于阿根廷物理学家胡安·马尔达萨纳(Juan Maldacena)所作的研究(参见“”)。他承认,黑洞最终没有摧毁信息。他向普瑞斯基尔兑现了赌注,送给他一本棒球百科全书。普瑞斯基尔曾将棒球比喻成一个黑洞,因为它们都很重,而且从中获取信息都要颇费一番功夫。
物理学家的注意力很快就转移到了信息如何逃离黑洞上来。这个问题并不容易回答。正是在探究这些问题的过程中,新的黑洞火墙悖论成了人们关注的焦点。
如果信息真从黑洞中逃逸出去,会发生什么事情?一些物理学家对此已经猜测了很久,但即便是对他们而言,火墙也仍是一个引人注目的新名词。要理解它的含义,我们需要简单描述一下霍金辐射。空无一物的时空会不断地形成虚粒子对,从虚无中突然冒出来,又同样迅速地消失。这种情况在黑洞的事件视界附近会发生变化,因为对于掉入黑洞的任何东西而言,事件视界是一去不归的界线。偶尔,虚粒子对中有一个被吸入黑洞,另一个则逃逸出去。正是这些逃离黑洞的罕见粒子,构成了霍金辐射。
真空中不断形成的虚粒子对又会在瞬间湮灭,但在黑洞的事件视界附近,情况会有所不同。成对形成的虚粒子中的一个落入黑洞,剩下的另一个则逃逸出去,形成了霍金辐射。图片来源:
现在,如果霍金辐射带走了量子信息,就会产生一个问题。霍金最伟大的洞见就是,他证明了量子理论、广义相对论和热力学如何与黑洞全都联系在一起。这意味着,虚粒子对中落入事件视界内侧的那一个粒子能量会变得极高,足以把信息传送给黑洞外部的同伴粒子,由此它们便形成了一道火墙,炽热得足以烧毁任何落入黑洞的人或物。
这与广义相对论告诉我们的黑洞特性严重相左。事实上,这样的火墙看上去是如此荒谬,以至于物理学家已经着手寻找其他方式,让黑洞无须“违规”即可向外传递信息。
美国加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的史蒂夫·吉丁斯(Steve Giddings)已经提出了一种可能性。他在美国俄亥俄州立大学萨米尔·马瑟(Samir Mathur)所作研究的基础上,提出了一个简单的黑洞模型。他的研究表明,如果量子理论在事件视界附近失效,黑洞内部的信息就有可能传送到遥远的外部区域,从而避免形成火墙。
问题在于,为了让这个模型能够奏效,吉丁斯不得不背弃“信息传播不能快过光速”这一禁忌。另一个问题是,他无法确切指出,量子理论应该在时空中的什么位置失效。尽管如此,这仍是一个诱人的想法。
于是,波尔钦斯基和他的学生——艾哈迈德·阿勒姆赫伊利(Ahmed Almheiri)和詹姆斯·萨利(James Sully)也投身到了其中。他们当时以为,把吉丁斯的模型和美国斯坦福大学伦纳德·萨斯坎德(Leonard Susskind)所作的早期研究结合起来,他们就能破解这一难题。
这意味着,他们要改造这一黑洞模型,让它能够与萨斯坎德提出的3个假设保持一致——这些假设被许多物理学家所珍视。其中一个假设自然是,信息不会随着黑洞的蒸发而丢失。其他假设则与一些思维实验有关,涉及到两位正在靠近黑洞的观测者,一个名叫爱丽丝,另一个叫鲍勃。勇敢的爱丽丝越过了黑洞的事件视界,谨慎的鲍勃则呆在外面。
根据第2个假设,呆在黑洞外面的鲍勃不会看到任何不寻常的东西。第3个假设则是,爱丽丝在穿过事件视界时也不会看到任何怪异的事情。这是因为事件视界并非一个物理边界,它只是轻微弯曲的普通时空中一块普通的真空区域罢了。
波尔钦斯基及其同事调和全部3个假设的尝试没有成功——如果信息不丢失,火墙就仍然会存在,爱丽丝则会被烧成灰烬。但失败并没有让他们气馁。波尔钦斯基说:“你先尝试去做某件事情,如果失败了,那还可以试着去证明,这件事不可能成功。”
他们的同事马罗夫也加入进来,展开了这项新的尝试。2012年7月,他们发表了一篇论文,证明这3个假设无法同时成立(参见arxiv.org/abs/)。这引发了一场争论风暴:已经有40多篇论文在讨论这项研究,其中一篇认为他们的答案忽略了引力。
相对论惨败
如果霍金辐射确实把量子信息带出了黑洞,就像许多人认为的那样,那么量子力学对此就有话要说。比如说,在黑洞形成之初通过霍金辐射逃离黑洞的粒子A,量子理论预言,它会跟不知道多久之后逃出来的另一个霍金辐射粒子存在某种鬼魅般的关联,也就是量子纠缠。
现在,想象一个粒子B,它产生的时间要远远晚于A。粒子B是黑洞视界上形成的粒子对中的一个,另一个粒子C已经落入了黑洞。假设视界处的时空没有什么特殊,只具有轻微的引力和较小的曲率,这就使得视界处形成的虚粒子彼此会纠缠在一起。因此,B必定与C纠缠。但是,由于早期的霍金辐射必定与后来的霍金辐射相纠缠,因此B与A也相互纠缠。
可惜,这违背了量子力学中另一条被物理学家珍视的原则,被称为量子纠缠的专一性。简单来说,粒子B可以与A纠缠,也可以与C纠缠,但不能跟两者同时纠缠。
于是,这个难题兜了一圈又回到了原点。如果我们想把信息弄出黑洞,A就必须与B纠缠。如果我们要让事件视界处的时空没什么特殊,可以让爱丽丝掉入黑洞而不被烧成灰烬,那么B就必定与C纠缠。必须得放弃一些东西才行。那么,该被放弃的,会是量子力学,还是广义相对论?
先看量子力学和它预言的信息守恒。它们会是错的吗?波尔钦斯基认为这不可能,因为马尔达萨纳的研究工作是最强有力的数学论证之一,支持量子力学保持原样不变。更重要的是,量子力学是一个已经经受过极其严格检验的理论,即便是细微的改变也会使它偏离实验结果。
另一个选择是,质疑黑洞视界处真空的状态。如果视界两侧的粒子B和C不再纠缠,量子纠缠的专一性就不会遭到破坏。但是,破坏这种纠缠会让黑洞的事件视界处于某种动荡不定的热力学状态,重新造成了一道火墙。于是,爱丽丝非但不会毫无征兆地飘过视界,反而会被高达1032开尔文的高温瞬间焚成灰烬。
这让马罗夫感到沮丧。广义相对论认为,穿越黑洞的事件视界应该没有什么大不了才对。“火墙会严重违背广义相对论,”他说,“在广义相对论和量子力学的这场斗争中,广义相对论输得很惨。对此我感觉相当不爽,因为我觉得自己是一个受过正规训练的相对论主义者。”
在黑洞火墙悖论这个问题上,爱因斯坦的广义相对论似乎又一次遭遇惨败。在这个问题的前身——黑洞是否会摧毁信息上,霍金也赌输了一本棒球百科全书。图片来源:
对这一点感到不爽的,不止马罗夫一人。“你正在非常平滑的时空中相当自在地向前滑行,然后突然之间,砰的一声!你撞上了这道火墙,被烧成了灰烬,”普瑞斯基尔说,“这实在太疯狂了。”
尽管如此,如果黑洞能把信息传递给霍金辐射,火墙仍然是最好的解释。萨斯坎德对火墙仍有怀疑,但他认为,火墙可能代表着奇点向视界的迁移,而在传统的黑洞物理学中,奇点位于黑洞的中心。
即使火墙真的会形成,对于它们会在何时形成,萨斯坎德也有不同的意见。对于一个半径与质子相当的黑洞,波尔钦斯基、马罗夫及其同事认为,火墙会在黑洞形成后的10-20秒形成,而在萨斯坎德看来,形成火墙所需的时间将像宇宙的年龄一样漫长。
无论火墙何时形成,只要它们出现,我们所知的时空就会在视界处终结。马罗夫说:“如果整个黑洞视界变成了这样一道火墙,截断了黑洞的内部,那么黑洞的内部或许就根本不存在了。”
如果黑洞附近的时空具有某些特殊性,导致信息能够超光速传播,那么这个悖论也可以得到解决。或许吉丁斯和马图尔会意识到它的重要性,尽管对于相对论而言,这会是又一个打击。
故事的结局是,在霍金提出黑洞信息悖论近40年之后,问题依然挥之不去。它迫使物理学家更深入地审视起他们的理论。然而,就像波尔钦斯基所说,“我跟20年前一样困惑”。
普瑞斯基尔说,这不是一件坏事。“总会有第4种可能性:以上答案都不对,而是某种我们还没有想到的东西。无论它撼动下来的是什么,结果都是有趣的,”他说,“所有选项都够疯狂,这正是这一局面如此美妙之处。”
正是弦论学家胡安·马尔达萨纳取得的突破,最终导致史蒂芬·霍金改变了他在黑洞和信息方面的主张。1997年,马尔达萨纳用弦论的数学证明,描述黑洞内部的引力理论等价于描述黑洞表面的量子理论。这听起来很深奥,但马尔达萨纳的研究是非凡的。尽管我们还不知道哪种引力理论能够从整体上描述黑洞,我们却知道如何在黑洞表面运用量子理论。这意味着,量子力学在黑洞表面仍然有效,而且随着黑洞蒸发,信息并不会丢失。需要说明的是,马尔达萨纳研究的时空,在类型上不同于我们宇宙中的时空,但他的结果极具说服力,使得物理学家不愿意再纠结于此。
编译自:《新科学家》,Black hole firewall: Trouble on the edge
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我理解的黑洞模型是这样的: 视界附近的时空是扭曲的。对于外界观察者来说,时间趋向零;对于掉入视界的物体来说,空间趋向无穷大。 所以,一个即将掉入视界的物体,在他自身看来,正在加速接近视界,但是视界在无穷大的远处,所以永远也不会进入视界。在外界看来,该物体处于离视界无穷近的地方,正在缓慢接近视界,但是永远不会进入视界,趋向于静止。 而对外界的观察者来说,一个物体趋近视界,导致黑洞质量增加,视界扩大了一点,该物体就似乎已经被黑洞吞没了。但是对于物体自身观察来说,黑洞仍在相当远的地方。视界还是原来的视界。 所以,黑洞的质量,集中于视界附近。 两个物体先后进入黑洞的话,后者认为前者已经无穷接近于视界,所以,黑洞的质量会大一点,后者看到的视界就会比前者看到的视界大一点。而在前者看来,由于空间趋向无穷大,后者永远在相当远的地方,不构成黑洞的质量,所以前者趋向的视界会比后者趋向的视界小一点。 结果,黑洞的模型,就是一个个同心球,每一个同心球上的物质,都认为自己在加速向自己认为的视界趋近。越是后来的物质,看到的视界就越大。在外界看来,黑洞就是在不断扩大。 由于任何物体都永远不会真正进入视界,也就不存在信息丢失问题。趋向视界的物质,相互观察得时候,其相互距离都会很大,所以不存在相互纠缠的问题。 至于视界内部是什么,视界外是无法了解的。可以认为,我们的宇宙,其内部的光线永远不会到跑到宇宙外去。所以也满足黑洞的条件。在我们看来,是因为空间问题,宇宙无穷大,所以光线跑不出去。而在外面开来,是因为引力的原因。由相对论,引力和空间是等价的。由于从黑洞内部趋向视界时空间也会趋向无穷大,从内部向视界走,永远走不到边,也就是说一个黑洞从内部看来,其内部空间是无穷大的。装下一个宇宙没有任何问题。可以认为,黑洞的内部就是另外一个宇宙。甚至穿过视界就是我们自己这个宇宙也不是不可能。
每一句话都看懂了,整篇文章看不懂。
我记得Leonard在《黑洞战争》中的观点是,留在黑洞外的bob与进入黑洞的alice会经历完全不同的场景。bob会看见alice撞上视界火墙,直接烧死;而alice则会发现视界附近根本没有火墙而且平安穿过视界:两个完全矛盾的场景。他把这个称为新的不确定性原理,即不可能同时精确的获得视界内外的信息。
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全部评论(98)
虽不明但觉厉
我的观点是,理论上的东西,要保持怀疑的态度
现在还在被大物虐的孩子表示先马了,期末再回来看~
问个问题,如果两个黑洞相遇会怎样。融合的话势必会有无证从一个黑洞转移倒另一个黑洞。但是黑洞里的物质是无法跳脱的,那怎么会融合呢?
我记得Leonard在《黑洞战争》中的观点是,留在黑洞外的bob与进入黑洞的alice会经历完全不同的场景。bob会看见alice撞上视界火墙,直接烧死;而alice则会发现视界附近根本没有火墙而且平安穿过视界:两个完全矛盾的场景。他把这个称为新的不确定性原理,即不可能同时精确的获得视界内外的信息。
引用 的话:问个问题,如果两个黑洞相遇会怎样。融合的话势必会有无证从一个黑洞转移倒另一个黑洞。但是黑洞里的物质是无法跳脱的,那怎么会融合呢?融合首先是视界合并,因为视界不是物质,所以也没有一个黑洞到另外一个黑洞的概念,黑洞的物质理论上只集中在奇点
引用 的话:记得Leonard在《黑洞战争》中的观点是,留在黑洞外的bob与进入黑洞的alice会经历完全不同的场景。bob会看见alice撞上视界火墙,直接烧死;而alice则会发现视界附近根本没有火墙而且...视界的意思大概明白,但是真实发生是哪个更为准确呢??死了还是穿越了?
这几个名词谁能给出明晰点通俗点的解释 信息,视界?
智能科学专业
内牛满面看不懂。。。
虽然看不懂,但是觉得很厉害的样子
引用文章内容:其实一篇认为他们的答案忽略了引力应该是“其中”一篇吧。。。
看不懂,太桑心了
WTF完全不懂。。。
爱因斯坦 到处躺枪,,
时间简史读了6遍依然看不太懂这篇文章!有种要跳楼的冲动
专业级业余天文爱好者
引用 的话:应该是“其中”一篇吧。。。笔误,已改,多谢:)
引用 的话:GFW...黑洞什么的不过是我们GFW升级版啦。。
得多看几遍······
微电子专业,数码控小组管理员
我很好奇研究相对论和量子力学什么的到底是什么专业·······物理学?天文学?还是···?(忽略我也是物理学院的)
古人看天上的神仙吵架大概就是我现在的感觉吧……
不知道你能不能活着掉进黑洞
量子纠缠神马的还要去百度百科一下好麻烦的说.....
两个理论打架就是M理论形成的过程吧?
勘查技术与工程专业,编程爱好者
那个伟大的火墙
引用 的话:记得Leonard在《黑洞战争》中的观点是,留在黑洞外的bob与进入黑洞的alice会经历完全不同的场景。bob会看见alice撞上视界火墙,直接烧死;而alice则会发现视界附近根本没有火墙而且...同意,就是在不同参考系中的事嘛。粒子A来看她是和粒子B纠缠的,粒子B来看他是和粒子C纠缠的。绝对单相思。
每一句话都看懂了,整篇文章看不懂。
有可能里面是伽马射线么?
能在实验室中建立一个黑洞模拟装置么?
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