什么是黑洞信息悖论?霍金发现这个悖论后,为何甘心认输?


什么是黑洞信息悖论?霍金发现这个悖论后,为何甘心认输?


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什么是黑洞信息悖论?霍金发现这个悖论后,为何甘心认输?


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什么是黑洞信息悖论?霍金发现这个悖论后,为何甘心认输?


在现代物理学和天文学中 , 如果说有一项奠基的理论 , 那么无疑就是爱因斯坦的广义相对论 。 1915年 , 伟大的物理学家爱因斯坦 , 在之前提出的狭义相对论基础上 , 又进一步提出了广义相对论 , 以引力场方程和测地线方程两个基础方程 , 深刻描述了宇宙物质引力间的相互作用效果 , 用一句最简单的话来说 , 其核心思想就是宇宙中任何有质量的物体 , 都能引发周围时空的弯曲 , 物体在弯曲的时空里继续做它们的“惯性运动” 。

黑洞的辐射
广义相对论的提出 , 很好地印证了科学家们在宇宙观测中所发现的许多现象 , 一些疑难问题也迎刃而解 , 特别是爱因斯坦根据广义相对论 , 作出的关于黑洞、引力波等的预测 , 完全开拓了人们的视野 , 一度还被认为不可能出现的宇宙现象 , 后来也一一被实验和观测所证实 。 目前 , 还没有哪一种宇宙中的观测和发现情形 , 与广义相对论相违背 , 广义相对论对现代物理学和天文学的指导性和重大意义 , 不言而喻 。

提到广义相对论 , 就不得不提宇宙中最为极端的天体-黑洞 。 按照广义相对论 , 宇宙中势必存在着这样的天体 , 那就是它的密度非常之大 , 质量非常之高 , 以至于它对周围的时空有着非常大的弯曲效应 , 就连宇宙中速度最快的光线也无法从中逃逸 , 就像一个漆黑的无底洞一样 , 因此天文学家将其命名为“黑洞” , 这种天体形态 , 是根据广义相对论推导出来的 。 宇宙中的任何物体 , 只要靠近黑洞到一定界限之内 , 那么就会在强大的引力作用下 , 一直向黑洞的中心坠落 , 也相当于黑洞把靠近过来的天体都吞噬了一般 。

科学家们按照上面的推测逻辑 , 自然而然地会产生一个问题 , 那就是被黑洞吞噬的物质去哪了?有一些科学家认为 , 宇宙中存在着一种与黑洞截然相反的天体-白洞 , 物质只出不进 。 但是 , 白洞目前只是纯粹的猜测 , 根本没有任何的观测证据 。 还有一些科学家认为 , 被黑洞吞噬的物体 , 就存在于黑洞的内部 , 以一种亚原子的形态存在 。 在相当长的时间里 , 后面一种猜测占据了主流 , 认为黑洞就像中国神话传说中的貔貅一样 , 只吃不吐 。

1974年 , 上述关于黑洞特性的这种主流观点 , 被一个人提出了质疑 , 这个人就是伟大的科学家霍金 , 它通过大量的观测以及理论推导 , 发现了黑洞并非完全只进不出 , 而是每时每刻也在向外释放着能量 , 这一发现立即轰动了整个世界 。
霍金根据海森堡测不准原理 , 认为黑洞周围的空间中 , 会产生由黑洞本身固有的能量而产生的粒子和反粒子对 , 受黑洞巨大引力作用下 , 其中一个粒子被黑洞吸收 , 从而加速坠落到黑洞的奇点 , 而另外一个粒子则会做出相反的运动 , 被喷射到宇宙空间之中 。 如果从黑洞的整体来看 , 黑洞的能量(质量)也会发生流失 , 通过辐射的方式释放到外围空间中 。 这种现象后来被称为“霍金辐射” 。

黑洞信息悖论
然而 , 当霍金提出这个猜想之后 , 虽然从理论上看没什么问题 , 但是却引出了另外一个矛盾点 , 那就是 , 黑洞的质量可以通过辐射的形式散发出去 , 那么信息呢?也就是说 , 黑洞从质量上看 , 是存在着寿命的 , 也有寿终正寝的时候 , 那么 , 黑洞和它所包含的所有量子信息 , 在黑洞消失以后 , 也随着消失了吗?如果没有消失 , 那么量子信息到底去哪里了?

霍金在提出“霍金辐射”理论以后 , 关于信息问题 , 他认为 , 任何物体在被黑洞吞噬并且进入到黑洞内部之时 , 物体所包含的所有信息就已经彻底消失了 。 但是 , 物理学家普瑞斯基尔则认为 , 物质的信息不会无缘无故地消失 , 在一个地方消失后必然会在另外一个地方重现 。

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