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物理学家:“解救”被困黑洞的信息并非不可能

发布时间:2019-03-14 10:17:47  作者:漫步宇宙  来源:漫步宇宙  阅读:69

    物理学家:“解救”被困黑洞的信息并非不可能
      科学家称获取被困黑洞的信息并非不可能
      黑洞堪称“引力怪兽”,它们就像是功率巨大的宇宙版垃圾压实机,将气体和尘埃压缩成一个微小的点。现代物理学研究表明,在被黑洞吞噬后,物质的相关信息将永久性迷失在宇宙中。但一项新实验表明可能存在一种方式,利用量子力学手段获取被困在黑洞的信息。马里兰大联合量子研究所物理学系研究生凯文·兰德斯曼表示:“在量子物理学世界,信息不可能消失。它们可以被隐藏或者混杂在不可分的亚原子粒子纠缠态。”
      兰德斯曼和论文合著者指出,他们能够测算信息何时以及如何在一个简单黑洞模型内混杂。换句话说,科学家有望窥探黑洞这种一旦进入,便有去无回的神秘天体。此外,这一发现也有助于科学家研制量子计算机。研究发现刊登在3月6日的《自然》杂志上。
    物理学家:“解救”被困黑洞的信息并非不可能
      黑洞艺术概念图
      黑洞是密度无限大且体积无限小的天体,由巨大的死星发生超新星爆炸后形成。由于惊人的引力拖拽,黑洞能够吸食周围物质。“事件视界”是所谓的不可返回点,一旦穿过事件视界,包括光线在内的任何物质都无法逃脱。
      上世纪70年代,著名理论学家斯蒂芬·霍金证明黑洞会随着时间萎缩。根据量子力学定律——阐述微观尺度下的亚原子粒子行为——粒子对会自发出现在黑洞事件视界以外的区域。其中一个粒子随后坠入黑洞,另一个则被往外推并在此过程中“盗取”极少量能量。在相当长时间内,它们能够盗取足够多的能量,导致黑洞蒸发。这个过程被称之为“霍金辐射”。
    物理学家:“解救”被困黑洞的信息并非不可能
      黑洞吸食伴星物质
      拥有无限密度的黑洞心脏内部隐藏着一个谜题。量子力学认为粒子的信息——质量、动量、温度等——永远无法被摧毁。相对论认为穿过黑洞事件视界的粒子会在黑洞核心被无限压缩。这意味着无法重获粒子的任何信息。科学家一直试图破解这个矛盾,但始终以失败告终。理论学家将这种矛盾称之为“黑洞信息悖论”。
      新实验中,兰德斯曼和他的同事将目光投向霍金辐射粒子对中向外飞行的粒子,最终取得了令他们欣喜的发现。由于这个粒子与坠入黑洞的伴侣纠缠在一起,它的状态与伴侣的状态具有不可分性。这意味着测算其中一个的特性能够获得另一个粒子的重要细节。
    物理学家:“解救”被困黑洞的信息并非不可能
      《星际穿越》中的黑洞“卡冈都亚”
      加州大学伯克利分校物理学家、研究小组成员诺曼·姚在一份声明中指出:“通过对这些外逃粒子进行大量量子计算,我们可以重获坠入黑洞的粒子信息。”黑洞内粒子的所有信息都通过量子力学方式搅在一起,混杂方式让“解救”这些信息成为不可能。但在这个系统内,相互纠缠的粒子能够潜在地将信息传递给伴侣。
      对现实世界的黑洞进行这种操作将面临令人绝望的复杂挑战。任何一家物理学实验室都很难制造出一个黑洞。为此,研究小组制造了一台量子计算机,利用纠缠量子比特(量子计算中使用的基本信息单位)进行计算。随后,他们利用三个镱原子核创建一个简单模型。这些原子核相互纠缠在一起。
    物理学家:“解救”被困黑洞的信息并非不可能
      马萨诸塞大学的一项研究发现不停旋转的大个头黑洞能够让“温和”的超空间旅行成为现实
      借助另一个外部量子比特,物理学家能够得知这个三粒子系统中的粒子何时混杂,同时能够测算它们如何混杂。加州大学伯克利分校理论物理学家拉斐尔·伯索在接受《生活科学》杂志采访时指出,更为重要的是,他们的计算结果表明这些粒子彼此混杂,而不是与环境中的其它粒子混杂。
      伯索并没有参与这项研究。他说:“这是一项了不起的成就。辨别量子系统内发生的活动是一项非常艰难的挑战。”研究结果表明对黑洞的研究正在推动相关实验,以探究量子力学的微妙之处。这有助于研发未来的量子计算机制。

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