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为什么信息一旦落入黑洞,就会消失掉?

时间:2019-02-07 10:44:55 浏览量:
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关于信息落入黑洞会消失掉,是爱因斯坦广义相对论中的相关概念,而在量子理论中,则是完全不同的结论,而霍金对于黑洞信息悖论则有自己的看法。以下为详细说明。

量子理论中对于信息落入黑洞的描述

量子理论中对于信息落入黑洞的描述为什么信息一旦落入黑洞,就会消失掉?

量子力学是描述微观物质行为的物理学理论。但它无法精确的预言究竟会发生什么,只会给出某个特定事情发生的概率。当你把所有可能发生的概率加起来刚好等于1,概率的考虑才是自洽和合理的。而这样的其中一种结果就是信息永远不会真正的消失、或者真正的被复制。至少在原则上,你可以从系统初始状态的信息算出系统结束时的所有信息。从图中我们看到,当两个粒子对撞时,会产生一些新粒子,但是它们携带了初始碰撞的两个粒子的本质和性质,尽管已经被扰乱了,但信息是完备的。

相对论对于信息落入黑洞的描述

相对论对于信息落入黑洞的描述为什么信息一旦落入黑洞,就会消失掉?

广义相对论则是爱因斯坦提出来的引力理论——是目前描述引力最好的理论。在该理论中引力的产生是因为时空的弯曲。广义相对论不是一个量子理论,它准确的预言了会发生什么,而不是给出会发生什么的概率。

在1915 - 1958年间,物理学家渐渐的理解到大质量恒星会坍缩形成黑洞,其引力是如此强大以至于任何物体只要太过靠近,一旦穿过黑洞的视界就再也无法逃脱。下图显示了当两层物质壳会在自身的引力下坍缩,并变得足够致密时会形成一个视界。根据广义相对论,从外部我们再也无法获取进入视界的两层物质壳的信息。

霍金对黑洞信息悖论的理解

霍金对黑洞信息悖论的理解为什么信息一旦落入黑洞,就会消失掉?

在1974 - 1975年间,霍金计算了在黑洞周围的量子场实际上会辐射出粒子(“霍金辐射”)。辐射会使黑洞失去质量并且变得越来越小,直到黑洞完全蒸发殆尽。我们看到关于两层物质壳的信息被困在黑洞内,但是黑洞因为蒸发而消失了。那么,信息去哪了?如果它随着黑洞消失,那就违反了量子理论。

或许你会想,难道信息不会储存在霍金辐射中一起出来吗?问题就在于黑洞内的信息是不能跑出来的,因此唯一的可能就是霍金辐射里复制了进入黑洞的物体信息。这样就有两份信息,一份在黑洞外,一份在黑洞里面,不过这也违反了量子理论。

当然,一个最简单的答案是量子力学是不完备的,因此黑洞信息悖论就迫使我们去拓展该理论,就像爱因斯坦的相对论拓展了牛顿的运动定律一样。霍金在长达30年的时间内一直思考着这样的一种可能性。

以上是我对问题“为什么信息一旦落入黑洞,就会消失掉?”的回答,欢迎大家在评论中与我交流讨论。

编辑:时雨
关键词: 黑洞
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