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黑洞的引力是如此之巨大,尺度又是如此之小,对引力的量子理论摩拳擦掌的理论物理学家们,自但是然地将手伸进了这个迷宫。

70年代初,理论物理学家Jacob Bekenstein研讨了黑洞的熵及其热力学性质;霍金则提出黑洞也有辐射,即霍金辐射。


霍金以为,在黑洞的事情视界边际,由于真空涨落,将不断发作粒子反粒子对的发生和湮灭。由于处于视界边际,很大的或许性,这两个粒子中的一个将掉入黑洞,另一个则表现为像是黑洞的辐射。由于这种被称之为霍金辐射的现象,黑洞将不断地缓慢地丢掉能量。终究的效果会导致所谓的“黑洞蒸腾”而消失不见。

已然霍金开了一个头,将量子论引入了黑洞研讨中,人们便蜂拥而至。但是,至今40年过去了,除了遭遇到许多困难,提出了几个悖论之外,能够说效果甚少。

首要,黑洞由星体塌缩而构成,构成后能将周围的悉数物体悉数招引入去,因此黑洞中包含了很多的信息。而依据“霍金辐射”的构成机制,辐射是由于真空涨落而随机发生的,所以并不包含黑洞中任何原有的信息。但是,这种没有任何信息的辐射最终却导致了黑洞的蒸腾消失,那么,黑洞本来的信息也都悉数丢掉了。但是量子力学以为信息不会不可思议地消失。这便是黑洞的信息悖论。

此外,构成“霍金辐射”发生的一对粒子是彼此羁绊的。量子羁绊态是量子理论最根底的概念之一,现已被各种实验所证明。处于量子羁绊态的两个粒子,不管相隔多远,都会彼此羁绊,即便现在一个粒子穿过了黑洞的事情视界,也没有理由改动它们的羁绊情况,这点明显与相对论预言的效果相对立。

黑洞战役

理论物理学家们一向为处理信息悖论及与黑洞相关的其它问题而尽力,提出了各种计划和理论。


美国斯坦福大学教授伦纳德•萨斯坎德(Leonard Susskind,1940年-)是一个诙谐幽默的美国理论物理学家,颇有理查德•费曼的风格。据萨斯坎德自己回想,由于高中时分是一个“坏小子”而大学阶段学了工程,后来才立志成为一个理论物理学家。萨斯坎德是弦论的创始人之一,他著有一本《黑洞战役》,精彩地描绘了物理学界30年来有关黑洞实质特性的一场论争。论争中的一方是萨斯坎德和1999年诺贝尔物理奖得主,荷兰物理学家赫拉德•特霍夫特,另一方则是群众了解的霍金。

霍金提出了霍金辐射以及黑洞蒸腾的理论,形成信息悖论。但是,萨斯坎德等意识到,这种观念不契合量子力学,将使物理学堕入危机。而萨斯坎德等以为,并非理论自身有问题,而是由于霍金对量子论的概念有错而形成的危机。

黑洞的确是一个令物理学家们入神而又困惑的研讨方针。物理学家霍金好像现已成了群众心目中“黑洞”一词的代表,将他视为研讨黑洞的最高威望。但是,你或许没有听说过,霍金由于对黑洞问题的了解上3次与物理学界的同行们打赌,但风趣的是,每次都以霍金输掉赌局而告终。

在当今国际上研讨引力理论的很多物理学家傍边,美国理论物理学家基普•索恩(Kip Stephen Thorne,1940- )(《星际穿越》电影的科学参谋)被以为是威望之一。索恩是加州理工学院教授,和费曼相同,他也是当年约翰•惠勒在普林斯顿大学的博士学生之一。索恩喜爱以黑洞问题为方针与人打赌,并且每次都赢。除了其间的三次赢了霍金之外,还有最早一次是赢了印度裔美国物理学家、诺贝尔物理奖得主钱德拉塞卡,那次,他们是就黑洞稳定性的问题打赌。

由此可知索恩对黑洞概念功底之深。1997年,索恩与霍金就以上所述的黑洞信息丢掉问题打赌。霍金以为黑洞蒸腾后信息没有了,而索恩和普雷斯基尔以为黑洞能够躲藏它内部的信息。三人打赌的赌注是一本百科全书。

黑洞信息悖论实质上也是由于广义相对论与量子理论的抵触而发生的,霍金站在广义相对论一边,萨斯坎德等则站在量子论一边,索恩和普雷斯基尔其实都算是引力方面专家,不过,他们独具慧眼,将赌注下到了萨斯坎德一边。

萨斯坎德和特霍夫特从核算黑洞熵而悟出了一个全息原理,然后解说了信息悖论。全息原理以为,信息不会丢掉,黑洞的鸿沟贮存了进到黑洞中的包含物质组成和彼此作用的一切信息。

别的,萨斯坎德热衷于互补原理。类似于量子力学中以为光“既是波又是粒子”互补的观念,萨斯坎德以为黑洞表里的两个观测者观察到的现象也是互补的。换言之,物质落入黑洞的进程,彻底能够用鸿沟上的量子理论来了解和描绘。物理学家们运用全息原理直接核算出了多种黑洞的熵,核算标明霍金蒸腾并非随机的,其间包含了进入黑洞的物质的一切信息。全息原理的成功,使得霍金自己也认输了。

2004年一次广义相对论和引力国际会议上,霍金宣告,黑洞的演化是契合因果律的,并没有丢掉信息,他供认输掉了这场赌赛。

文:张天蓉

版权归原作者一切

图源:网络

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《 天主怎么规划国际 》

作者:张天蓉

清华大学出书社出书


内容简介

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