黑洞信息悖论:宇宙中信息是守恒的 黑洞除外

新浪科技讯 北京时间8月6日消息,据国外媒体报道,宇宙真的很爱惜自己的信息:宇宙不喜欢创造新的信息,它也不喜欢销毁已有的信息。

事实上,用“喜欢”这个词实在是太弱了。至少就我们目前所知——并且我们已经非常非常努力地工作去进行验证,我们发现宇宙中的信息从来不会被创造出来,也从来不会被毁灭,用最简单的话来说:宇宙中信息是守恒的。

黑洞除外。这是咋回事,我们来解释一下。

信息过载

首先,我们需要定义一下什么是信息,以及为什么信息应当被保存下来。物理学基于决定论:我们可以运用物理学原理去预测一个系统的未来变化,这是物理学的意义所在。不论这是盒子中的一个粒子,还是一次复杂的化学反应,抑或是整个宇宙,我们的物理学知识让我们可以做出明确而可靠的预测,凭借我们对于当下的知识去预言未来。

同样的方法也可以带领我们回溯过往。如果我们了解一个系统,那么可以延伸至未来的物理学定律也同样适用于过去,我们可以向前或者向后拨动时钟,观察这个系统在过去曾经如何发展,以及在未来将会如何发展。

正是这种可逆性让我们得到了信息可以被保存的结论。如果我们完全了解一个系统——其中所包含的每一个粒子的位置和速度,所有粒子的自旋和电荷,以及所有其他情况,那么物理学定律将可以告诉我们这些粒子在过去和未来的演变情况。这也就表明,一个系统的原始信息是随时间动态存储的,它们只是岁时间变化,而没有被创造或者毁灭。

再见,黑洞

乍一看,黑洞似乎是对信息的威胁——物质会落入黑洞,和它所携带的信息一起被消灭掉。但从一个外部观察者的角度,比如我们的角度看上去,其实没有任何东西落入了黑洞——它们只是越过了一个边界。因此对于信息来说这似乎并非什么大事,它没有被毁灭,也没有被创造。

但是黑洞似乎会“蒸发”,这可能会引发一些问题。

英国物理学家史蒂芬·霍金在上世纪1970年代最先发现,黑洞并非完全是黑的。它们会发“光”,尽管非常非常微弱。这就是所谓的“霍金辐射”,但这种辐射基本全都是以热量的形式。它就类似于散热,就像你身体的体温散热一样。

这就意味着黑洞辐射的数量和温度只取决于黑洞本身的质量,自转和电荷。除此之外没有任何其他因素。也就是说,不管你往黑洞里丢什么,不管是一本书,一只猫还是一艘宇宙飞船,它发出的霍金辐射都将是一样的。

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