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你听得懂的黑洞信息问题
送交者: entanglegeogeo[御史大夫★★★☆] 于 2018-02-12 3:33 已读 768 次  
黑洞信息问题是从霍金的黑洞辐射理论开始的,从1970-80年代到今天,主要经过了三个发展阶段。

(1)第一阶段,黑洞是个信息粉碎机么?
按照黑洞辐射理论,落入黑洞的物质,无论是扔进大象还是长颈鹿,按照黑洞没毛理论,对黑洞的外在观测都没有影响,黑洞辐射出来的是热辐射,不携带大象和长颈鹿的信息,所以信息被粉碎了,消失了。这和量子世界酉操作的可逆性相违背。为此,霍金和t'Hooft,Susskind等人打了一个赌,最终经过大约20年的研究,大家倾向信息没有被粉碎,黑洞仍然按照酉操作演化,信息还是从辐射中泄露了,理论上可以通过对辐射的解码来获取落入黑洞的信息。

(2)第二阶段,黑洞是信息复印机么?
如果辐射中携带落入黑洞的物体的信息,那么我们可以通过对辐射解码回复信息。于是,理论上我们假设如果有一个人将大象推入黑洞,然后等待黑洞辐射,然后收集辐射并解码,回复出大象的信息,然后跳入黑洞追赶大象,那么黑洞中就有两份大象的信息,出现了信息拷贝问题,这在量子力学中是不允许的。当然,追赶大象是追不上的,因为大象在黑洞辐射出足够信息前(Page time)早已落入奇点。2010年左右,Preskill等发现,如果大象在Page time后跳入黑洞,那么大象的信息会非常快的从黑洞中辐射出来,这叫做Black holes as mirrors,所以黑洞外的人可以迅速解码大象信息,如果大象足够聪明,可以将自己的信息向后用光信号发出,这样后者就可以跳入黑洞探测这个光信号携带的信息和自己在黑洞外解码的信息对比,获取两份相同的信息。可惜,理论分析表明,要做到这一点,大象必须使用足够大的能量,这个能量大到至少要和整个黑洞的能量一样大,这显然是聪明的大象无法做到的。所以黑洞也不是个信息复印机。

(3)第三阶段,黑洞是时光穿梭机么?
2013年,Pochinski等发表了著名的AMPS悖论,提出黑洞在视界附近辐射出的信息会同时和两个量子发生最大纠缠,这也是量子力学所不允许的。这里顺便说一下,优秀的物理学家Pochinski前几天因为脑瘤去世,仅表示哀悼。这个问题可能的解决方案是实用黑洞的HM模型,用一种近似于teleportation的方式构造的类似P-CTC的时光旅行机制来解释,当然,P-CTC本身的疑问并不比AMPS悖论简单,因为这会出现非线性的量子演化,出现超光速的信息传递,出现P=NP, 导致我们整个量子力学体系的坍塌。个人认为,可能不需要使用这种机制,黑洞辐射可以通过对时空的构造的深入认识来解决,黑洞的辐射其实可以直观理解为由于黑洞演化构造的时空口袋的底部不严密(黑洞初始状态的纠缠分布不均匀导致的漏洞)造成信息外泄,这样就无需动用时光穿梭机制了。目前为止,第三阶段还没有定论。

黑洞辐射问题直接从信息和编码的角度来理解更加直观和可计算,比用相对论和量子场理解有一定的优势,这也是Maldecena, Pochinski等传统的弦论专家都慢慢转向采用量子信息方法处理这个问题的原因。最近连圈量子引力的人也把圈量子引力和量子信息靠拢来处理时空结构问题,所以,相对论,量子论,信息论,计算理论正在开始紧密结合,这可能是第二次量子革命的核心。

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版主:强生于2018_02_12 4:42:37编辑





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