关于信息落入黑洞会消失掉,是爱因斯坦广义相对论中的相关概念,而在量子理论中,则是完全不同的结论,而霍金对于黑洞信息悖论则有自己的看法。以下为详细说明。
量子理论中对于信息落入黑洞的描述
量子理论中对于信息落入黑洞的描述量子力学是描述微观物质行为的物理学理论。但它无法精确的预言究竟会发生什么,只会给出某个特定事情发生的概率。当你把所有可能发生的概率加起来刚好等于1,概率的考虑才是自洽和合理的。而这样的其中一种结果就是信息永远不会真正的消失、或者真正的被复制。至少在原则上,你可以从系统初始状态的信息算出系统结束时的所有信息。从图中我们看到,当两个粒子对撞时,会产生一些新粒子,但是它们携带了初始碰撞的两个粒子的本质和性质,尽管已经被扰乱了,但信息是完备的。
相对论对于信息落入黑洞的描述
相对论对于信息落入黑洞的描述广义相对论则是爱因斯坦提出来的引力理论——是目前描述引力最好的理论。在该理论中引力的产生是因为时空的弯曲。广义相对论不是一个量子理论,它准确的预言了会发生什么,而不是给出会发生什么的概率。
在1915-1958年间,物理学家渐渐的理解到大质量恒星会坍缩形成黑洞,其引力是如此强大以至于任何物体只要太过靠近,一旦穿过黑洞的视界就再也无法逃脱。下图显示了当两层物质壳会在自身的引力下坍缩,并变得足够致密时会形成一个视界。根据广义相对论,从外部我们再也无法获取进入视界的两层物质壳的信息。
霍金对黑洞信息悖论的理解
霍金对黑洞信息悖论的理解在1974-1975年间,霍金计算了在黑洞周围的量子场实际上会辐射出粒子(“霍金辐射”)。辐射会使黑洞失去质量并且变得越来越小,直到黑洞完全蒸发殆尽。我们看到关于两层物质壳的信息被困在黑洞内,但是黑洞因为蒸发而消失了。那么,信息去哪了?如果它随着黑洞消失,那就违反了量子理论。
或许你会想,难道信息不会储存在霍金辐射中一起出来吗?问题就在于黑洞内的信息是不能跑出来的,因此唯一的可能就是霍金辐射里复制了进入黑洞的物体信息。这样就有两份信息,一份在黑洞外,一份在黑洞里面,不过这也违反了量子理论。
当然,一个最简单的答案是量子力学是不完备的,因此黑洞信息悖论就迫使我们去拓展该理论,就像爱因斯坦的相对论拓展了牛顿的运动定律一样。霍金在长达30年的时间内一直思考着这样的一种可能性。
以上是我对问题“为什么信息一旦落入黑洞,就会消失掉?”的回答,欢迎大家在评论中与我交流讨论。
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