科学家称他们终于解决了斯蒂芬·霍金的黑洞悖论

俊博聊军事 2023-05-06 23:51:01

科学家们可能刚刚解决了著名的霍金信息悖论。

悖论指出,信息既不能从黑洞中发射出来,也不能永远保存在黑洞中。但量子物理定律规定,信息是不能被破坏的。

通过在霍金最初的计算中加入量子引力,研究人员发现,事实上,信息可以通过霍金辐射来实现。

黑洞是宇宙学研究中最活跃的领域之一。我们知道它们是一件大事,我们知道它们的影响延伸到宇宙的遥远边缘,我们知道他们确实不时地测试物理定律。

有趣的是,尽管这些巨大的重力井继续被证明是一个谜,但长期以来人们一直认为它们很容易描述。研究人员只需要三个参数——质量、角动量(旋转速度)和电荷。这种直截了当的态度导致一些物理学家将黑洞称为“秃头”

但有一个陷阱,这是一个相当大的陷阱——霍金信息悖论。这个悖论由斯蒂芬·霍金于1976年提出,基本上说黑洞正在做一些不可能的事情:它们正在破坏信息。

然而,天文学家认为他们终于破解了这个悖论。

根据量子物理定律,信息是不可能被破坏的。你应该能够分析一个现有的物体,并使用其中包含的信息来追踪该物体的进化历史,看看它来自哪里。例如,你应该能够观察超新星的后果,并判断出什么样的恒星爆炸了。

然而,霍金认为,根据我们目前对黑洞的理解,你无法追踪它们的来源。你无法观察黑洞的辐射,也无法看到什么类型的恒星落入其中。这是因为从黑洞泄漏的辐射(称为霍金辐射)是热辐射,不能携带信息。

霍金还发现,这些信息不可能永远被锁定在黑洞中。如果它不能呆在里面,不能抵御辐射,它就会被摧毁。

根据一组刚刚发表了一项新研究的研究人员的说法,答案是否定的。这又回到了“秃头”黑洞的概念上来。

去年,这组研究人员发表了一篇论文,声称黑洞根本不是秃头,而是有一种现在被随意称为“量子毛”的东西。这基本上是这样一种想法,即如果你观察黑洞在地平线上扭曲时空的方式,你可以在量子领域检测到一种指纹,指向其中物质的来源。从本质上讲,头发包含了缺失的信息。

在那篇论文发表时,量子头发的整个概念只不过是一个非常抽象的数学概念。但现在,在他们的新研究中,该团队认为,当谈到打开悖论时,头发就是整个蜡球。

研究人员重新运行了霍金的原始计算,该计算表明,黑洞唯一产生的是无信息的热霍金辐射,但增加了一个成分——量子引力。这就是引力在量子领域的描述,这是霍金最初没有考虑到的。

“虽然这些量子引力修正很小,但它们对黑洞蒸发至关重要,”物理学教授Xavier Calmet在一篇文章中说。“我们能够证明,这些效应改变了霍金辐射,使这种辐射变成非热辐射。换句话说,考虑到量子引力,辐射可以包含信息。”

这项研究表明,霍金辐射可以从黑洞中获取信息并将其带入宇宙,这与历史上的观点相反。存储在黑洞周围毛发中的信息可以被执行。不再有破坏,不再有悖论。

尽管这个小组现在确信他们已经解决了霍金无法解决的问题,但要从观测上证实这些发现即使不是不可能,也将是非常困难的。

霍金辐射非常微弱(目前完全是理论上的),我们没有足够强的探测器来探测它。我们可能最终能够利用引力波看到量子头发,但即使是这项技术仍然是下一代的。

现在,我们必须满足于我们在地球上能找到的东西。该团队已经为这一现象建立了严密的数学模型,他们建议可以在实验室模拟的黑洞中进行测试。

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