【Ted-ED】霍金的黑洞信息悖論 Hawking's Black Hole Paradox Explained

科學家在未知的邊界上工作， 每一個新知識的獲得，都是一條通往未知迷霧的路徑。 沒有比悖論更難以預測，也更可能帶來啟發的了。 在歷史上，悖論一直威脅著我們所知的一切。 而且，正如同他們經常重塑了我們對世界的理解一樣。 今天，宇宙中最大的悖論之一 威脅著瓦解廣義相對論與量子力學的領域—— 黑洞資訊悖論 要理解這個悖論，我們首先需要定義「資訊」一詞的含義。 通常，我們所談論的資訊是肉眼可見的。 例如，這類資訊告訴我們蘋果是紅色的、圓形的且有光澤的。 但物理學家更關心的是量子資訊。 這指的是構成那隻蘋果的所有粒子的量子特性， 例如它們的位置、速度和旋轉。 宇宙中的每一個物體均由具有獨特量子性質的粒子組成。 這個概念在物理學中一條至關重要的定律中被最顯著地喚起—— 宇宙中量子資訊的總量必須守恆。 即使你將一件物品毀壞到無法辨認的地步， 它的量子資訊永遠不會被永久刪除。 理論上，掌握這些資訊 讓我們能夠從其粒子組成部分重新創造出該物體。 資訊的守恆並非一項任意的規則， 但這是一種數學上的必然性，也是現代科學建立的基礎。 但在黑洞周圍，這些基礎卻會受到動搖。 當一個蘋果進入黑洞時，它彷彿離開了宇宙。 其所有的量子資訊將永遠無法挽回地消失。 然而，這並不會立即違反物理定律。 資訊已隱藏不見， 但它可能仍存在于黑洞神秘的空洞之中。 另一方面，某些理論提出 那資訊根本就沒辦法進入黑洞內部。 從外部看，彷彿蘋果的量子資訊 被編碼在黑洞的表面層上。 稱為事件視界。 隨著黑洞質量的增加， 事件視界表面也隨之增加。 因此，當黑洞吞噬一個物體時，有可能 它還會增長到足夠大，以保存物件的量子資訊。 但無論資訊是保存在黑洞內部還是其表面， 物理定律依然完好無損—— 直到你考慮到霍金輻射為止。 1974年由史蒂芬·霍金發現。 這現象顯示黑洞正逐漸蒸發。 在極其漫長的時間裡， 黑洞會因從事件視界附近釋放粒子而喪失質量。 關鍵的是，看來蒸發的粒子似乎 與黑洞所編碼的資訊無關 暗示一個黑洞及其所包含的所有量子資訊 可能被完全抹去。 那量子資訊真的消失了吗？ 否則，它會去哪裡？ 儘管蒸發過程將需要極其漫長的時間， 它對物理學所提出的問題要緊急得多。 破壞資訊將迫使我們 重寫我們一些最根本的科學範式。 但幸運的是，在科學中，每一個悖論都是新發現的機會。 研究人員正在調查各種可能的解決方案 資訊悖論。 有人曾提出，資訊實際上是被編碼的 在某種我們目前還無法理解的方式下，輻射正在逃逸。 其他人則認為，這個悖論不過ocate 一個誤解而已。 關於廣義相對論與量子場論之間的相互作用。 這兩種理論分別描述了最大和最小的 物理現象，它們很難被整合在一起。 一些研究者認為，這是一個解決此類悖論及其他許多悖論的方案 將會隨著一個萬有理論的出現而自然產生。 但或許從探討這個悖論中得出的最令人難以置信的理論是 全像原理。 進一步探討事件視界二維表面的概念 可以儲存量子資訊， 這一原則表明，可觀測宇宙的邊界本身 也是一個以資訊編碼的二維表面，用於描述真實的三維物件。 如果這是真的，那麼我們所知的現實有可能 只不過是該資訊的全像投影而已。 如果這些理論得到證實，將會引出許多有待探索的新問題。 同時仍保留我們目前對宇宙的模型。 但也有可能那些模型是錯誤的。 無論如何，這個悖論已經幫助我們朝未知領域前進了另一步。