寻找黑洞“迷失的信息”

寻找黑洞“迷失的信息”

人们用碎纸机粉碎无用的文件,设想一下,碎纸被一片一片地地粘结起来,重新拼结成完整的纸张。人们将一份机密文件的信息永久消除时,不妨将信息投送到“超级粉碎机”的黑洞。很多科学家相信,跌入黑洞的信息不能取回了,黑洞是一切宇宙信息永久消失的“坟场”,不可能从黑洞中找回永久性删除的信息。有关“黑洞信息学”的科学争论持续了很多年。有些物理学家认为,黑洞是信息的最终“避难所”,一旦任何自带信息的物体跌入黑洞,它们就会消失得无影无踪,黑洞在吞噬物体和信息时不会留下任何可追溯的线索。

一项研究的成果表明,黑洞“信息杀手”的封存理论的预期存在问题。布法罗大学的物理学助理教授德扬·斯托伊科维奇博士不同意黑洞封存信息的理论,跌入黑洞的信息被封存在黑洞内部,但不一定跌入无底的深渊。斯托伊科维奇和安苏尔·萨伊尼博士在《物理学评论通讯》杂志发表了他们的论文,详细地描述了黑洞信息不会消失的原因,在黑洞辐射中的粒子产生了相互作用,粒子包含了黑洞内被封存的信息。黑洞的能量和粒子态辐射开启了黑洞信息的窗口,永久封存的信息被释放,其中的信息包括:跌入黑洞的物体特征信息、黑洞吞噬物质和能量的特征信息。

天体物理学家的重要发现回应了所谓信息在黑洞内消失的观点,有些物理学家在绞尽脑汁、千方百计地使用数学公式,以揭示黑洞的信息储存和释放特性。斯托伊科维奇和萨伊尼博士演示了简明的数学计算方法,描述了黑洞保存信息的方式,在解决黑洞信息丢失悖论的难题上取得了显著的进展,科学家被黑洞的信息悖论困扰了近40年。

斯蒂芬·霍金最早提出了“黑洞不黑”的理论预测,黑洞在时间流失中逐渐地蒸发、耗尽能量,他的黑洞辐射理论有一个很大的问题,当黑洞消失后,被黑洞封存的信息是否永久地丢失?好似往事随风而去的大脑印象。黑洞的信息丢失似乎违反了量子力学的原理,根据量子力学的解释,黑洞的信息会完整地保存下来。

上个世纪的70年代,霍金设想了一种黑洞辐射粒子的情形,黑洞辐射意味着能量的逐渐消失,黑洞不断地缓慢萎缩,直到消失成为“一片云海”。霍金进一步推论了黑洞信息的结局,在黑洞辐射中释放的粒子不包含任何黑洞的信息,当黑洞天体完全蒸发时,黑洞内封存的任何信息都将消失,不会留下一丝痕迹。霍金后来纠正了原先的观点,黑洞信息完全消失的见解可能并不正确。

科学家对黑洞信息能否恢复和如何恢复的问题看法不同,开展了无休无止的学术争议。斯托伊科维奇和安苏尔·萨伊尼两位科学家澄清了一个见解,他们不仅寻找在黑洞辐射中释放的粒子,而且对粒子微妙的相互作用进行分析,假想某位科学观测者冒着生命的危险,从黑洞的边界收集黑洞辐射的信息,黑洞“古堡幽灵”的秘密也许会直接地显现出来。

粒子的相互作用涉及了引力作用、也涉及了粒子相互交换能量时依托的介质,比如:光子。科学家早已了解粒子的交互作用关系,但很多科学家在过去的研究中忽视了粒子交互作用的重要性,在相关的数学计算中时常被忽视,以为粒子交互作用的因子很小,不会对计算结果产生多少影响。两位科学家简明的计算方式表明,粒子的交互作用因素在开始时非常小,却不是一成不变的,随时间的过程逐渐变大,最终影响了计算结果。布法罗大学的“黑洞信息学”研究项目得到了科学基金会的资助。

(编译:2015-4-3)

邓如山 – 知乎

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