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[探索] 利用量子力学洞察黑洞内部，便可“解开”陷入黑洞的信息？

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琉璃苣夏天 发表于 2019-3-11 11:27:59 | 只看该作者 打印 上一主题 下一主题
 
黑洞对于我们每一个真正的天文迷来说，它并不是一个陌生的存在。黑洞可以将尘埃和气体“挤压”到微观状态，就像是宇宙之中的“垃圾压实机”，能够吸收太空的天体，甚至是物质。从现代物理学的角度去看，掉入黑洞的所有信息在被“消耗”之后，所有相关信号也会随之永远丢失在宇宙中。因此，关于黑洞的研究曾一度陷入窘境。

利用量子力学洞察黑洞内部，便可“解开”陷入黑洞的信息？ 第1张图片


1、如何利用量子力学来洞察黑洞的神秘内部？

从量子物理学这个角度出发，所有存在过的信息都是不可能丢失的。信息虽然可以隐藏或者扰乱亚原子，但不可分割相互关联的粒子，这也是这项新实验的理论基础。通过测量目标信息在黑洞的简化模型中被扰乱的速度和时间，便可窥探出其它难以理解的实体是怎样的存在。

利用Hawking辐射对中的向外飞行粒子会和“顽固的伙伴”纠缠在一起的特点，通过它们密不可分的特性，可以从另一个身上的重要细节得出目标观察体的属性。简而言之，我们想要恢复掉入黑洞的信息，是可以通过对这些向外粒子进行大量量子计算得出的。

从量子力学的角度看，黑洞内的粒子相当于变成了混乱的局面，所有的信息都混合在了一起，并且永远无法解脱。这个时候，这个系统里混乱的纠缠粒子，就会有可能把一些重要信息传递给身在其中的其它“伙伴”。

利用量子力学洞察黑洞内部，便可“解开”陷入黑洞的信息？ 第2张图片


2、实验室里的“黑洞”如何复原掉入其中的信息？

当然，因为真实世界的黑洞是非常复杂的，而且实验室也难以建立真正的“黑洞”。于是，物理学家们组建了一个量子COMPUT ER，然后，使用元素Ytterbium的三个原子核，建立了一个简单的模型（相互纠缠在一起）。

在这个实验中，还使用了另一个外部量子比特，物理学家们可以分辨三粒子系统中的粒子被扰乱的时间点，也可以对他们变得混乱的程度进行测量。这其中最重要的是，通过计算已经可以表明：这些粒子之间的相互混杂，并没有涉及到该环境中的其它粒子。这样的发现对于未来的计算机制发展是有益的，即使想要区分哪些实际发生在量子系统中，仍然是一个有难度的问题。

这个有意思的研究已经在3月6日发表在“自然”杂志上，人类对黑洞的研究从未间断，早在20世纪70年代，著名物理学家霍金就证明黑洞是可以在自己的一生中缩小的（根据量子力学定律）。而后，又有了：在极长的时间尺度上，黑洞将会蒸发（霍金辐射）以及黑洞信息悖论。

利用量子力学洞察黑洞内部，便可“解开”陷入黑洞的信息？ 第3张图片


3、霍金数十年思考的黑洞信息悖论是什么？

黑洞本身是极其密集的，是因为恒星之间的碰撞或者巨大的恒星自身坍缩所形成。曾经，经典物理学表明：包括光在内的任何东西都不能逃脱黑洞的束缚，直到20世纪70年代，霍金提出黑洞有可能是有温度的，也会随着时间慢慢的泄漏量子粒子，根据霍金辐射的效应，黑洞最终将会蒸发，无论在它的生命周期之内吞噬了什么，只要是蒸发的黑洞留下的真空都会是一样的。

这个推论产生了一个新的矛盾点，那就是：如果黑洞在自己的生命周期中，以天体的形式吞噬了很多其他物体，那么这些信息应该在哪里发生？因为既定的物理定律告诉我们，任何信息都不应该丢失，只要是曾经存在过的物体，它的信息我们都是可以恢复的。

利用量子力学洞察黑洞内部，便可“解开”陷入黑洞的信息？ 第4张图片


2016年，霍金和团队提出黑洞可能存在由光子（光离子）和引力子（假想的重力粒子）构成的“软毛”，并且，在它的上面存储了一些重要的信息。通过“霍金方程”可以计算出软毛所携带的信息量，并描述了黑洞如何发射霍金辐射。

黑洞的温度会因为吞下物体而发生变化，也就是它的熵 、或其颗粒的紊乱也会因此改变（高温会促使粒子的移动速度更快，会产生更多的紊乱。）虽然，这些软毛是怎么存储信息的，它们所存储的信息是全部、还是少量仍然不得而知，但不影响这是一个好的进展。

利用量子力学洞察黑洞内部，便可“解开”陷入黑洞的信息？ 第5张图片


4，一般存在的黑洞总是吸引科学家和外行人士

要说黑洞有什么迷人之处，那把它比作潜伏在太空中的“巨兽”，应该是再恰当不过了，从它身边经过的星星会被撕成两然后散落一地。正是这样的神秘宇宙体，总是吸引着科学家和我们这些外行人士的探索和关注。那么，黑洞是怎么形成的，到底是什么赋予了黑洞如此强大的破坏力？

当较大质量的恒星生命到达终点时，它们耗尽了融入氦气的氢气。于是，这些“怪物”恒星开始燃烧氦，剩余的原子也融合成了更重的元素，直到无法提供能量支持恒星的外层。这些顶层因为向内坍塌，而后发生爆炸形成了超新星。

利用量子力学洞察黑洞内部，便可“解开”陷入黑洞的信息？ 第6张图片


当然了，在这个过程中总会有那么小部分会遗漏，通过广义相对论的爱因斯坦方程预测：如果这个遗漏的部分质量可以达到太阳的三倍，那么，这些被粉碎到无限小的点将是拥有无限密度的材料，剩余恒星的引力将强大到可以压倒一切。

当两个黑洞相遇的时候，它们会因为自身强大的引力吸引着彼此靠近，然后相互旋转。附近时空的结构也会因为它们的集体质量而被撼动，并发出引力波。这些超大的质量黑洞曾经并没有如此大的破坏力，只是吸收了气体、尘埃等物质，通过相互融合生长，最终形成了如此巨大的怪物，虽然这其中的很多细节尚且模糊不清。


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沙发
枕边的寂寞_ 发表于 2019-3-11 11:28:30 | 只看该作者
 
谁知道被吸入黑洞的粒子不会发生“冷化”呢，比如“凝聚态”化。如此熵值不但不会变高而且可能会变低。
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板凳
邱县街里的 发表于 2019-3-11 11:28:39 | 只看该作者
 
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