由虫洞组成的蜘蛛网可以解决斯蒂芬·霍金首次提出的一个基本悖论
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发布时间：2023-05-25 14:01
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时间：2024-12-01 12:26
黑洞信息悖论似乎很难解决
物理学家斯蒂芬·霍金首次提出的一个看似难以解决的黑洞悖论，终于可以通过穿越时空的虫洞来解决。
“黑洞信息悖论” 指的是信息不会在宇宙中毁灭，但当一个黑洞最终蒸发时，被这个宇宙真空吸尘器吞噬的任何信息应该早就消失了。这项新研究提出，这个悖论可以通过自然界的终极作弊密码——虫洞或时空通道来解决。
“虫洞将黑洞内部和外部辐射连接起来，就像一座桥，”日本理研所跨学科理论与数学科学项目的理论物理学家后藤加人(Kanato Goto)在一份声明中说。
根据后藤的理论，第二个表面出现在黑洞的视界内，这一边界是任何东西都无法逃脱的。来自虫洞的线将这个表面与外部世界连接起来，将信息纠缠在黑洞内部和其边缘泄漏的辐射之间。
20世纪70年代，霍金发现黑洞并不完全是黑色的，但一开始，他并没有意识到自己造成的巨大问题。在他发现黑洞之前，物理学家认为黑洞非常简单。当然，各种复杂的东西都掉进去了，但是黑洞把所有的信息都锁起来了，再也看不见了。
但霍金发现黑洞会释放辐射，并最终会完全蒸发，这个过程现在被称为 霍金辐射 ，但这种辐射本身并不携带任何信息。事实上,它不能;根据定义，黑洞的视界阻止信息离开。所以，当一个黑洞最终蒸发并从宇宙中消失时，它所有被锁定的信息都去了哪里?
这就是黑洞信息悖论。一种可能性是信息可以被破坏，这似乎违反了我们对物理学的所有了解。(例如，如果信息可能丢失，那么您就无法从当前事件中重建过去，或预测未来事件。)相反，大多数物理学家试图通过寻找某种方法来解决这个悖论——任何一种方法——让黑洞内部的信息通过霍金辐射泄露出去。这样，当黑洞消失时，信息仍然存在于宇宙中。
不管怎样，描述这一过程都需要新的物理学。
“这表明目前的广义相对论和量子力学是不一致的，”后藤说。“我们必须找到量子引力的统一框架。”
1992年，霍金的前研究生、物理学家唐·佩奇(Don Page)从另一个角度看待信息悖论问题。他从量子纠缠开始研究，量子纠缠是指遥远的粒子命运相连。这种纠缠就像霍金辐射和黑洞本身之间的量子力*系。Page通过计算 “纠缠熵” 来测量纠缠量，“纠缠熵”是一种测量纠缠霍金辐射中包含的信息量的方法。
在霍金最初的计算中，没有信息逃逸，纠缠熵一直在增加，直到黑洞最终消失。但佩奇发现，如果黑洞确实释放信息，纠缠熵最初会增长;然后，在黑洞生命周期的一半，它在最终达到零之前下降，当黑洞蒸发(意味着黑洞内的所有信息最终逃逸)。
如果佩奇的计算是正确的，这表明如果黑洞确实允许信息逃逸，那么在它们生命的中途一定会发生一些特殊的事情。虽然佩奇的工作没有解决信息悖论，但它确实给了物理学家一些有趣的工作。如果他们能给黑洞一个中年危机，那么这个解决方案可能正好解决这个悖论。
最近，几个理论团队已经运用弦理论的数学技术来检验这个问题——弦理论是一种统一爱因斯坦相对论和量子力学的方法。他们正在研究视界附近的时空如何可能比科学家最初想象的更复杂。多复杂?尽可能的复杂，允许任何形式的弯曲和弯曲在微观尺度上。
他们的研究导致了两个令人惊讶的特点：
但之前的工作只应用于高度简化的“玩具”模型(如一维版本的黑洞)。随着后藤的研究，同样的结果现在已经被应用到更现实的场景中——这是一个重大的进步，使这项研究更接近于解释现实。
尽管如此，还是有很多问题：
它们深埋在数学中，很难确定它们的物理意义。一方面，这可能意味着字面上的虫洞在一个正在蒸发的黑洞中进进出出。或者，这可能只是黑洞附近时空是非局域的标志，这是纠缠的标志——两个纠缠粒子不需要因果接触就可以相互影响。
“我们仍然不知道信息如何被辐射带走的基本机制，”后藤说。“我们需要量子引力理论。”
