黑洞信息悖論

黑洞信息悖論是霍金本人提出的。黑洞是時空的一個區域，這個區域內的引力非常強大，以至於任何東西，甚至光都不能從中逃逸出來 "因此黑洞是人類無法用肉眼觀察或用光學天文望遠鏡觀測到的"。

基本介紹

• 中文名：黑洞信息悖論
• 外文名：Black hole information paradox
• 提出者：霍金

介紹

著名理論物理學家史蒂芬·霍金 (Stephen Hawking)是一個家喻戶曉的人物。他現為英國劍橋大學套用數學和理論物理系終身教授 ，曾經創造了一系列的劃時代黑洞研究成果。此外，他的揚名，更是因為撰寫的《時間簡史》成為當今影響力最大的科普作品，並患有 “肌肉萎縮性脊髓側索硬化症”(運動神經元疾病，半身不遂)。

在探索迷人的黑洞理論過程中，霍金與科學家接連設下賭局。媒體連番報導這一戲劇性的話題，令全世界再次將注意力集中在黑洞和霍金上。當然，這裡面主要的原因是公眾對霍金個人的故事非常著迷，不過這些故事確實令人鼓舞。且看本次引起廣泛關注的賭局，源自1997年霍金立下的一張賭約：

鑒於史蒂芬·霍金和基普·舍恩堅定相信黑洞信息將被黑洞吞噬永遠在外部世界消失，即使黑洞蒸發無法再現信息。而約翰·普瑞斯基爾堅定認為信息的結構將通過黑洞蒸發而再現。因此普瑞斯基爾提議，霍金和索恩接受一個賭註：輸者向勝利者提供一部百科全書，從百科全書中可以隨意再現信息。

史蒂芬·霍金，基普·舍恩，約翰·普瑞斯基爾
加利福尼亞州 Pasadena．1997 年 2 月 6 日

時光荏苒 ，直到2004年7月份，在愛爾蘭舉行了第17屆國際廣義相對論和引力大會。會上，霍金以“黑洞的信息佯謬”為題作了一場學術報告。霍金在報告中承認，黑洞信息不會丟失——這一觀點在物理學界已經流行了一段時間，但是上世紀70年代的黑洞理論先驅霍金本人也最終接受這一觀點，是一個重要的標誌。這也意味著，霍金最終輸給了理論物理學家普瑞斯基爾。

黑洞的信息悖論

霍金預言黑洞將慢慢蒸發的同時，科學界就立即意識到這將導致一個信息丟失的二難問題一 黑洞抹去全部信息與描述微小尺度上空間和物質的量子理論牴觸。

量子理論認為任何過程都可以時間反演。正如倒放電影，我們可以重建兩輛汽車碰撞之前的行為或者一顆恆星坍縮為黑洞前曾經發生過的事情。讓我們仔細思考下面的文字：如果A和B是一個體系初始的狀態，C和D是最終的狀態，則體系A+B 演化到C+D [A +B->C+D]，如果我們知道A和B的狀態 ，我們就能推出C和D，反之，如果我們知道C和D的狀態，就可以從時間倒推A和B的狀態。由此，我們可以知道，A+B->C+D的過程，信息沒有丟失，我們隨時可以由C和D的狀態信息來得到A和B的狀態信息。可以反演就是可以單從末態理論上推算初態。這意味著即使“黑洞”也必須能夠存儲落入的信息。

那么，如果有廣義相對論定義的黑洞參與，那問題就變得棘手了。理想狀態的量子系A質量為M1被質量為M2的黑洞B捕獲。黑洞質量變為M1+M2。隨著時間的流逝，黑洞不斷蒸發，當黑洞蒸發出M1的光輻射C後，質量又為M2，回到了初始狀態B，回復到捕獲A以前的狀態。我們從純狀態A和一個質量為M2的黑洞B開始，而終止狀態是一個熱狀態C和一個質量為M的黑洞B。A->C，但是C無法->A。但這正是佯謬之所在。A狀態的所有其他的結構信息都在變形中丟失了。這也可以不太準確的理解為，物質將會崩塌為體積無限小密度無限大的奇點。在這一點的引力達到了沒有任何物質能夠逃逸的程度，因為奇點無限小，所以它不可能有任何結構，也就沒有任何方法來保存信息。進入黑洞的粒子的任何信息必將永遠丟失。

按照廣義相對論的黑洞理論，椅子墮入黑洞視界消失，從黑洞中散逸出的光輻射卻不帶有椅子的半點信息結構。我們無法從黑洞蒸發出來的輻射知道落入黑洞的是椅子還是火腿。但是，這違背了量子力學態的時間反演屬性。悖論由此而生。

這一悖論從黑洞蒸黑洞信息悖論發理論創立至2004年，一直縈繞在科學家頭腦中，不得破解。以至於有了開文所述的著名賭博.這個有名的深奧爭論在科學上有著重要的地位，因為如果霍金是正確的，那么將摧毀一個最基本的物理學原則，時間將不可能反演!霍金相信任何被黑洞吞噬的一切將永遠消失在外部宇宙中。而普瑞斯基爾打賭一個物體所攜帶的信息將不會隨著落入坍縮的恆星而被摧毀，實際上信息能夠重新獲得。

這一悖論本身暴露，廣義相對論和量子力學的不協調性，其中一定蘊藏著更為奇特的物理學規律。“跨世紀的十大物理問題”之一黑洞信息悖論，早在霍金設立賭局前就被科學界廣為關注。