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时空是什么?一个全新的谜底,或许藏在黑洞信息悖论中

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  我们能否解决黑洞信息悖论?谜底或许是一定的。在这一历程中,我们对黑洞和自然的熟悉将会发生实质性的改变,进入到加倍微观的条理。

  撰文 | 野村泰纪(Yasunori Nomura)

  翻译 | 赵剑琳

  作为宇宙中最特其余一种天体,黑洞蕴含着一个物理学家尚未解决的悖论。现在,两个主流的物理学理论在注释黑洞若何运作时,发生了完全差异甚至矛盾的效果。

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  包罗我在内的许多科学家实验去协调这些看法,不仅是为了增进对黑洞的领会,更是想要去回覆一些加倍深刻的问题,例如“时空是什么”。

  虽然我们在已往的时间里已经取得了一部门功效,但问题并没有获得解决。不外,我在已往几年确立了一个理论框架,我信托它可以很好地解决这个问题,让我们在最基本的层面上明白时空的隐秘。

  我们面临的问题是:凭证广义相对论的看法,当天体的密渡过高,在引力作用下物质向中央坍塌,并形成了黑洞。黑洞天生时,由于其区域内的引力极强,任何物体——甚至是光线——都无法从中逃离。从原理上讲,我们无法从黑洞外面观察其内部,而黑洞被称为“事宜视界”的边缘就似乎是一个单向薄膜:物质无法从黑洞内部向外部逃逸,但却能从黑洞外部很容易地进入其内部。

  但当我们行使注释基本粒子运动的量子力学效应思量这一问题时,会获得差其余谜底。1974年,史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)提出了着名的霍金辐射。他发现若是我们思量黑洞的量子力学效应,它现实上在异常缓慢地释放辐射。而这会导致黑洞不停损失质量,并最终消亡。现在,这一结论已经获得了多种方式的验证,它的准确性已经毋庸置疑。

  不外,一个新鲜的地方在于,在霍金的盘算中,黑洞释放的辐射与它的形成方式无关。这意味着两个通过差其余初始态形成的黑洞,最终以同样的方式释放辐射。

  而这毫无疑问是一个问题。现代物理学确立在这样的假设上:若是我们对于一个系统具有充实的认知,我们就能解出其运动方程,从而预言它的未来、推断它的已往。而霍金给出的结论意味着这一基本原则是错误的。许多科学家以为这个问题已经在1997年获得领会决,那时胡安·马尔达西纳(Juan Maldacena)提出了一种新方式来注释这一问题,似乎能证实黑洞并没有损失约息,但他并没有真正解决这个问题。

  2012年,加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的艾哈迈德·阿尔姆海里(Ahmed Almheiri)和同事们在一篇影响力很大的论文中提供了一项有力论据,证实若是黑洞在霍金辐射历程中不存在信息丢失,那它与事宜视界的“平滑”就会发生矛盾。他们在论文中提出,事物可以不受滋扰地通过事宜视界。当不思量信息丢失时,他们以为黑洞的事宜视界事实上并不是一个单向薄膜,而是类似于某种坚硬的墙,他们称之为“火墙”。

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