详解黑洞信息佯谬

作者: 阮善明

来源: 中国物理学会期刊网

发布日期: 2021-09-01 08:00:00

黑洞信息佯谬是理论物理领域的一个重要问题,涉及黑洞蒸发过程中信息的丢失与守恒。近期的研究在半经典引力框架下实现了对佩奇曲线的计算,表明黑洞蒸发过程中信息可以被释放,不存在信息丢失问题。

黑洞信息佯谬作为理论物理领域最著名的问题之一,长期以来一直被认为是研究量子引力的重要途径。黑洞信息佯谬的一个核心问题是给出在黑洞蒸发过程中的佩奇曲线行为。近一年,对该问题的研究迎来了突破性进展。研究人员第一次在半经典引力框架下实现了对佩奇曲线的计算,表明黑洞在蒸发过程中信息可以被释放出来,不存在信息丢失问题。

文章将按照历史发展的顺序,对黑洞信息佯谬这一重要问题以及最新进展进行介绍,包括霍金辐射、佩奇曲线、全息原理、广义熵、量子极端面和量子极端孤岛等重要内容。

黑洞信息佯谬,1975年由霍金最先指出,一般指的是对黑洞蒸发过程中是否丢失信息的争论。一方面,基于半经典引力的黑洞蒸发理论显示黑洞蒸发会丢失信息;但另一方面,信息守恒是基于量子理论的基本原理——幺正性得到的普适结论。这样表面上显然的冲突也使得黑洞信息佯谬成为广义相对论和量子理论这两大基础理论支柱交锋的战场。

作为理论物理中最为出名的佯谬或者问题之一,黑洞信息佯谬一直是物理学家们用来打赌的重要对象。例如,加州理工学院的著名物理学家普雷斯基尔就曾在1997年和霍金、索恩以一本百科全书作为赌注。前者坚信如果把一本百科全书扔进蒸发的黑洞,其中的全部信息仍然都可以被获得,并没有任何信息丢失。但是霍金和索恩一方认为,百科全书的信息在黑洞蒸发过程中丢失了,最后留下的只是不含有任何有用信息的热辐射。

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