進入黑洞的信息能否被找到或重建? 科學家正在使用量子粒子窺視黑洞內部
2019-10-08 18:30:08來源:量財經編輯:鹿鳴君
原標題:進入黑洞的信息能否被找到或重建? 科學家正在使用量子粒子窺視黑洞內部
黑洞就像一個無情的粉碎機,任何進入黑洞的物質都可能已經 這個宇宙中消失了。但對于微觀的量子力學來講卻產生了駁論。因為我們知道,在量子力學的理論中,信息永遠不會被破壞。那么進入黑洞的信息能否被找到或者重建呢?一個物理學家團隊承認他們已經做到了這一點,他們用到的方法是被稱為量子糾纏的一種奇妙現象。

首先講一下黑洞時如何誕生的,當一個巨大的恒星在到達壽命的盡頭之時,它的核心開始坍塌到極小,直到所有的物質都凝聚成非常非常小的點時(奇點),就會產生黑洞。愛因斯坦的理論認為,一個物質質量越大,它扭曲時空的能力就會越強。它就會擁有更強大的引力,一個體積小質量無限大的地方以至于要逃離它的事件視界,物體需要超過光速,超過光速的物體又不存在,所以基本上沒有什么可以逃脫黑洞。
這是黑洞信息悖論的示意圖。科學家將一個量子比特放入一個黑洞,并詢問助手是否可以僅使用離開的霍金輻射來重建量子比特。

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,以至于任何東西,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”。也就是說無論是分子、院子和基本粒子一旦進入黑洞也會變得無法識別,就類似航空時的一堆行李箱失去了標簽,變得無法辨識。也就是說,進入黑洞的物質其信息會被破壞,但量子力學中信息卻不能被破壞。這顯然違背了宇宙法則,這種矛盾是眾所周知的黑洞信息悖論。

1975年,斯蒂芬霍金發現了一些關于黑洞的新現象:它們會發出輻射。具體而言,就是在黑洞視界時,當一對虛粒子對其中進入黑洞,另一個則會被推倒黑洞視界的外邊。
隨著越來越多的粒子捕獲越來越多的能量,他們都可以逃逸出黑洞之外,在外邊看黑洞好像上慢慢蒸發,但蒸發的速度特別慢。這就是霍金輻射。
有人說這是黑洞信息悖論的解決方案:等待黑洞蒸發,并且可以檢索信息。但根據本月早些時候發表的一篇論文的作者,更快的解決方案可能在于那些成對的粒子。離開黑洞的那個粒子可能會告訴我們一些落入黑洞粒子的信息。
兩個量子位,無論它們是黑洞事件視界上的光子還是形成量子計算機中基本數據單元都可以共享一種特殊的關系,稱為糾纏,其中測量一個量子狀態立即告訴你另一個的量子態,無論其距離如何。單向量子計算機可以執行這樣強大的計算,科學家們可以通過這種方法獲得另一個在黑洞內的粒子信息。

當然,我們目前還不能去黑洞周圍進行試驗,所以團隊使用的是量子計算機,使用糾纏進行計算。然后,他們將三個原子相互纏繞在一起(他們模擬臨時“黑洞”)并在(霍金輻射出的粒子)中投下糾纏。結果?他們成功地測量了黑洞中的原子何時以及在多大程度上變化。
當然,我們不會在短時間內探測黑洞的內容但研究人員認為其他人可以使用這種技術來診斷量子計算機的問題。該研究的共同作者克里斯·門羅說,“在實驗室中研究量子干擾可以為量子計算或量子模擬的未來發展提供有用的見解。”
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