黑洞信息悖論:霍金花費了30年的時間驗證,結果選擇認輸

2021-01-09 閒雲趣談科學

黑洞信息悖論直指黑洞的特性,它能否將吞噬的信息消化掉,讓它消失。霍金認為可以,經過30年的研究,他選擇了認輸,承認自己失敗了。

愛因斯坦提出了相對論

自從相對論問世,科學家便對它進行了深入研究,得出了不少推論。其實愛因斯坦本人並沒有對相對論做出太多的推論,反而是其他科學家用數學的方法,深入解讀了相對論,擴大了它的範疇。黑洞就是一個例子,它是德國天文學家史瓦西推導出來的。經過了多名科學家的認證,黑洞被認為是存在的。不過我們沒辦法觀察到它,天文望遠鏡也不行。

當科學家們預言到黑洞的特性時,他們首先感覺到的是恐懼,為什麼黑洞能夠吞噬萬物?連光都逃脫不了。後來才知道,是時間和空間的雙重作用的原因,我們看不見那些被吞噬進去的物質。

黑洞

科學家對準了黑洞「只進不出」的特性,展開了長時間的辯論,認為黑洞不會對外吐出物質的科學家佔據了大多數,這成了主流觀點。但是科學的發展從來都離不開質疑,有些科學家便認為黑洞其實一直在對外散發能量,它不是只進不出。

霍金髮聲

霍金對黑洞的研究有獨到之處,他在1974年時提出了黑洞輻射理論,認為它用熱輻射的方式對外散發能量。受到粒子牽引的作用,黑洞的質量在慢慢流失。當粒子被黑洞吞噬時,它的反粒子會帶著負能量一起被吞噬。不過後者攜帶的負能量,會在黑洞發生熱輻射時,一起釋放出去,讓黑洞質量下降。

霍金

然而這還不是霍金真正想要表達的觀點,他想說的是,被黑洞吞噬的信息都憑空消失了。在物理學的範疇內,信息代表了物質的狀態。每個人都有信息,你的身高體重都是專屬自己的信息。放大到宇宙,每個物質也有自己的信息。根據這種信息,我們可以推斷出物質在過去或者未來的狀態。

那物質被黑洞吞噬後,它們的信息還在嗎?霍金說不在,黑洞本身的質量是減小的,那裡面的信息自然也會消失。

黑洞吞噬了信息

黑洞信息悖論

霍金的這一理論直接挑戰了量子力學,因為量子力學信奉的是信息守恆,就像能量守恆定律一樣,信息是不會消失的。至此,黑洞信息悖論形成。而以普瑞斯基爾為首的科學家反駁了霍金的理論,他們堅定地認為信息還在黑洞裡面,不會憑空消失,雙方為此還打賭了。

其實在量子力學看來,宇宙中什麼樣的事情都有可能發生,能否發生不過是概率的問題,這種隨機性覆蓋了所有事物。薛丁格方程便是量子力學對信息守恆的驗證,已經得到了科學界的普遍認可,這也是普瑞斯基爾如此理直氣壯地反駁霍金的原因。

霍金打賭了

信息之謎

雙方的辯論持續了30年,霍金在2004年時和另外兩位科學家發表了一篇論文,名字是《黑洞上柔軟的毛髮》。這裡面有個形象的比喻,說黑洞有層肉眼不可見的毛髮,被吞噬的信息就儲存在這裡。霍金承認他失敗了,黑洞裡面的信息是守恆的。那在之前,霍金的理論到底有什麼漏洞?

首先就是對黑洞的了解,我們對黑洞的認知實在有限,它本身攜帶的質量和電荷,都是信息的一部分。所以黑洞擁有能儲存信息的地方,只是我們不知道。其次,黑洞對外進行熱輻射時,完全是隨機的,以至於我們無法判斷信息有沒有被釋放出去。

黑洞可以進行熱輻射

這背後還有弦理論的影子,它支持了信息守恆,霍金本人對弦理論也有涉獵。不過別以為黑洞信息悖論已經解決了,黑洞儲存信息的地方還沒有找到,它擁有的「毛髮」還是假想中的存在。科學的發展就是這樣,需要長時間的理論積累,才能驗證原有的理論。

相關焦點

  • 黑洞信息悖論:霍金花費了30年的時間驗證,結果選擇認輸
    黑洞信息悖論直指黑洞的特性,它能否將吞噬的信息消化掉,讓它消失。霍金認為可以,經過30年的研究,他卻選擇了認輸。至此,黑洞信息悖論形成。而以普瑞斯基爾為首的科學家反駁了霍金的理論,他們堅定地認為信息還在黑洞裡面,不會憑空消失,雙方為此還打賭了。其實在量子力學看來,宇宙中什麼樣的事情都有可能發生,能否發生不過是概率的問題,這種隨機性覆蓋了所有事物。薛丁格方程便是量子力學對信息守恆的驗證,已經得到了科學界的普遍認可,這也是普瑞斯基爾如此理直氣壯地反駁霍金的原因。
  • 國際先驅導報:霍金破解黑洞信息悖論遭質疑
    【提要】霍金今夏宣布他解決了黑洞信息悖論以來,世界著名物理學家紛紛表示質疑,認為其結論無法驗證  國際先驅導報文章今年7月21日,英國科學家霍金宣稱他已經解決了黑洞信息悖論(又稱黑洞信息佯謬),這立即成為轟動一時的頭條新聞。黑洞信息悖論是他本人於1976年發現的。
  • 霍金的五大理論:黑洞信息悖論與時序保護猜想
    今天我們繼續來說霍金的五大理論。霍金的第四大理論是「黑洞信息悖論」。黃博士給小姐姐寫了一封信,拿到信後的小姐姐嚇毀了,壓根看都不敢看,於是她怕信燒了,誰TM看你給我寫的信,我把它丟在風裡。小姐姐想,如此一來就可以把黃博士寫在信上的那些噁心情話,徹底消滅在人世間,但黃博士卻說:你燒吧,你燒吧,你永遠燒不掉的。
  • 什麼是「黑洞火牆悖論」和「信息丟失悖論」?
    如果黑洞可以永遠存在,那麼就不會有任何的信息悖論:有東西掉進啦,而關於這個東西是什麼的信息就會留在黑洞的表面。然後我們看看量子世界,這就是問題的根源所在。黑洞是一個巨大的引力源,所有的質量都被壓縮在非常小的空間內,結果就造成了黑洞周圍的空間被嚴重的彎曲,而量子世界在彎曲空間中的表現與在平坦空間中的表現不同。
  • 黑洞信息悖論——一個讓霍金都甘心認輸的理論,至今仍沒有答案
    也就是說,黑洞只吃不吐,就像是中國古代神話中的貔貅一樣。這個理論一直被人們信奉了幾十年,直到1974年,有一個人「站」了出來,用他的言論轟動了整個世界:黑洞並非真的只進不出,它也會向外釋放能量!當然,這個人不會真的站出來,因為他大部分人生都是坐在輪椅上的,他就是霍金。
  • 【物理悖論】關於黑洞信息悖論——霍金的最後一篇論文
    牛油果按:不久前在arXiv雜誌預印本上,發表了一篇「身份特殊」的文章,這是一個系列的第三篇,圍繞黑洞儲存的信息展開。文章充斥著一條條貼著醒目的霍金標籤的詞彙:黑洞、霍金輻射、霍金等式、信息悖論。是的,它在霍金去世之前的幾天才剛剛完成。牛油果在我們能看見蟲洞嗎?
  • 黑洞並不吞噬信息 黑洞「信息悖論」或被解決
    原標題:黑洞並不吞噬信息 黑洞「信息悖論」或被解決  數十年來,物理學家們一直認為,黑洞是終極墓穴,是吞噬信息的實體,隨著黑洞的萎縮以及最終消失,黑洞內的信息也會消失殆盡。但美國科學家最近通過計算證明,黑洞內的信息並不會消失,黑洞外的觀察者能夠恢復黑洞曾有的信息。
  • 黑洞信息悖論:宇宙中信息是守恆的 黑洞除外
    至少就我們目前所知——並且我們已經非常非常努力地工作去進行驗證,我們發現宇宙中的信息從來不會被創造出來,也從來不會被毀滅,用最簡單的話來說:宇宙中信息是守恆的。黑洞除外。這是咋回事,我們來解釋一下。信息過載 首先,我們需要定義一下什麼是信息,以及為什麼信息應當被保存下來。
  • 史蒂芬·霍金的黑洞信息悖論被解決了,這是真的嗎
    為了完成這些壯舉,我們必須花費的能量使總的熵增加的數量大於「排序」過程所減少的總熵,結果,熵總是增加。從另一個等效的角度來看,物理系統中的信息總量只能保持不變或增加,它永遠不會下降。但是在事件範圍之外,黑洞被預測會發射輻射。霍金1974年的論文首次證明了這一點,但該論文也導致了一個尚未解決的悖論。但是對於黑洞,情況似乎並非如此。如果您將一本書扔進一個黑洞,那本書將包含各種信息:頁面的順序,頁面上包含的文本,構成頁面和封面的粒子的量子性質等。
  • 從廣義相對論到黑洞信息悖論 黑洞依舊神秘
    北京時間4月10日,由全球多國科研人員合作的事件視界望遠鏡(EHT)拍攝的首張黑洞特寫照片面世,這張照片是黑洞存在的直接證據。而早在一百多年前就已經有科學家提出了黑洞的假想,百餘年來,人類探尋黑洞的腳步從未停歇,各種理論也試圖去揭示黑洞的奧秘。此次黑洞照片的公布是否驗證了他們的假想?
  • 霍金以新理論破解「信息悖論」
    「柔軟毛髮」捕獲信息 40年謎團或揭開 霍金以新理論破解「信息悖論」 2016-01-13 科技日報 劉霞 ,任何物質和輻射都不能逃離黑洞;而量子力學理論表明,落入黑洞的信息可以重新獲取,這個所謂的「信息悖論」已困擾科學界40年。
  • 霍金去世前關於黑洞信息悖論提出了不可思議的解決方案
    黑洞最終會消失,但能留下的唯一痕跡就是它們發出的電磁輻射—這就是所謂的「霍金輻射」。但有一個問題就是,根據霍金的計算,輻射將不會帶有任何關於黑洞吞噬的信息,被吞噬的信息將會永遠消失。這跟我們現代物理學的理解並不一到致,現代物理學認為它是可以逆轉時間的,從理論上來講,如果它們向前或向後運行,宇宙中的進程看下來是一樣的。
  • 學界| 霍金生前的最後一篇論文發布了:關於黑洞信息悖論
    該論文名為《Black Hole Entropy and Soft Hair》,共同作者是霍金的合作夥伴 Sasha Haco、Malcolm Perry 和 Andrew Strominger,試圖解決理論物理學家們稱之為「信息悖論」的問題,它是於霍金三月去世前幾天完成的。
  • 霍金去世前幾天完成的論文發表,為黑洞信息悖論提供解決思路
    最近在預印本網站公布的論文共同作者、劍橋大學理論物理學教授 Malcolm Perry 說:「信息悖論此前曾伴隨霍金長達 40 餘年,而現在我們終於有了解決思路。在廣義相對論提出的近 60 年後,霍金為黑洞的定義添加了新的信息。霍金認為,黑洞具有溫度,而由於帶有溫度的物體會在太空環境中逐漸失去熱量,霍金的理論認為黑洞最終會在宇宙中完全蒸發。但量子力學的基本原理要求一個系統的信息永遠不會消失,這就引出了「信息悖論」,即當物體落入黑洞時,與物體有關的信息究竟會發生什麼變化?
  • 霍金是對的!科學家稱:在實驗室創造的「黑洞」證實了霍金輻射
    在第一張黑洞圖片證實了愛因斯坦提出的理論之後,輪到已故科學家史蒂芬·霍金為他畢生的部分工作辯護了。在《自然》雜誌上發表的一篇論文中,科學家們表示,他們已經證實了霍金的同名理論——霍金輻射。霍金輻射假設,由於量子物理和引力的不同因素,黑洞從表面發出輻射。為了驗證這一理論,以色列理工學院的科學家們轉向了聽起來很瘋狂的科學:創造他們自己的黑洞。
  • 霍金修正黑洞理論:黑洞或許並不存在
    1976年,霍金提出了著名的「黑洞信息悖論」,即黑洞輻射中並不包括黑洞內部物質的任何信息,一旦這個黑洞濃縮並蒸發消失後,黑洞內部的信息也就不知去向。在《時間簡史——從大爆炸到黑洞》、《黑洞、嬰兒宇宙及其他》和《果殼中的宇宙》中,霍金都曾詳細論述了黑洞。  然而量子物理學的發展,讓黑洞的存在變得「可疑」。
  • 霍金黑洞悖論,真是燒腦的科學!
    而沒有什麼能比一個悖論更加具有不確定性和啟發性。縱觀歷史,一個又一個的悖論已經顛覆了我們的認知,它們重塑了我們對世界的理解。如今,一個宇宙中最有名的悖論揚言要闡釋廣義相對論和量子力學:這就是黑洞信息悖論。要理解這個悖論,我們首先需要給「信息」下一個定義。一般來說,我們所談論的信息都是肉眼可見的。比如,蘋果是紅色的,圓的,閃閃發亮的這樣的信息。
  • 霍金與黑洞 | 舊文重發
    100年左右的歷史中,大量實驗事實和天文觀測資料分別在微觀和宏觀世界驗證了這兩個理論的正確性。然而,當這兩個理論碰到一起的場合,卻總是水火不相容,這其中的根本原因,都得歸罪於「引力」(gravitation)這個桀驁不馴的傢伙。從1687年牛頓發表萬有引力定律,到愛因斯坦1915年的廣義相對論,直到現在……。
  • 霍金臨終論文公開:揭秘沉入黑洞的信息去向
    那麼現在問題來了,這篇霍金生前的最後之作,究竟在研究什麼?黑洞信息悖論這篇論文名為《Black Hole Entropy and Soft Hair》,署名作者共4人。一作Sasha Haco,劍橋大學博士生,霍金的「徒孫」;二作霍金;三作Malcolm Perry,劍橋大學教授,霍金的博士生;四作 Andrew Strominger,哈佛大學教授。論文主要解決的是「黑洞信息悖論」問題。這一難題起源可追溯至愛因斯坦。1915年,愛因斯坦提出廣義相對論,解釋重力如何從物質的時空彎曲效應中產生,以及行星為何圍繞太陽旋轉。
  • 霍金說: 「黑洞不存在」
    事實上,天文學家經過幾十年的觀測,找到了很多有利的證據證明黑洞的確存在。那麼霍金想說的究竟是什麼意思呢?原來霍金的論文想解決關於黑洞的兩個悖論。這兩個悖論的根源在於廣義相對論和量子力學之間有著內在的衝突,所以這倆悖論很棘手,令許多物理學家頭疼。要想了解霍金所說的話的真正含義,我們得先了解黑洞的兩個悖論。首先,我們先介紹一下什麼是黑洞。黑洞是愛因斯坦廣義相對論的最著名的預測之一。