中科院物理所
2020-11-25 10:47:56
转自公众号：环球科学
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图片来源：Ashley Mackenzie/Quanta Magazine
黑洞、信息、纠缠熵、虫洞、拓扑、涨落……50年前霍金提出的黑洞信息悖论，似乎正在无数高深名词的伴随下走向终结。由于量子不确定性，黑洞会产生辐射（即霍金辐射），并因此渐渐丢失质量，最终完全蒸发。这导致了黑洞信息悖论，任何落入黑洞的东西似乎都会永远消失，包括信息，而这违反了量子力学中时间演化的幺正性，也就是说对于某个粒子，在全空间内任意时刻找到它的概率应该为1。
随着一系列突破性的论文，理论物理学家已经非常接近于解决近50年来一直困扰着他们的黑洞信息悖论。现在，他们可以确切地说，信息确实离开了黑洞。当你跳进一个黑洞，你并不会永远消失在黑洞中。你身体里一个个粒子的排列方式，也就是信息，终归会重新出现。大多数物理学家长久以来因为弦论默认这是理所当然的。但这次的计算，虽然灵感来自于弦论，却没有涉及弦论。信息仅仅通过引力和单层量子效应就能离开黑洞。
霍金等人试图用量子理论来描述黑洞内部和周围的物质，但是对于引力则仍使用爱因斯坦经典的理论，这种混搭被物理学家们称为“半经典”。新的研究发现了额外的半经典效应，一种爱因斯坦理论允许，但霍金没有考虑的新引力构型。当黑洞年龄很大，这种效应会占据主导。这时，黑洞从封闭转向开放。不仅是信息会泄露出来，任何刚落入黑洞的东西都会立即出现。这项工作将高度数学的多重计算技巧串在一起，难以解释，难以理解。
虫洞、全息原理、涌现时空、量子纠缠、量子计算……基础物理学中几乎每一个概念都在此出现，让这个主题虽然复杂混乱，却也令人流连忘返。