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黑洞、信息、糾纏熵、蟲洞、拓?fù)鋵W(xué)、漲落?；艚?0年前提出的黑洞信息悖論似乎正以無(wú)數(shù)的高級(jí)和深層名詞結(jié)束。

由于量子不確定性，黑洞產(chǎn)生輻射(即霍金輻射)，從而逐漸失去質(zhì)量，最終完全蒸發(fā)。這就導(dǎo)致了黑洞信息的悖論，任何落入黑洞的東西似乎都會(huì)永遠(yuǎn)消失，包括信息，它違背了量子力學(xué)中時(shí)間演化的統(tǒng)一性，也就是說(shuō)，對(duì)于一個(gè)粒子來(lái)說(shuō)，在整個(gè)空間中任何時(shí)候發(fā)現(xiàn)它的概率應(yīng)該是1。通過一系列開創(chuàng)性的論文，理論物理學(xué)家已經(jīng)非常接近于解決困擾他們近50年的黑洞信息悖論?，F(xiàn)在，他們可以確切地說(shuō)，這些信息確實(shí)離開了黑洞。

當(dāng)你跳入黑洞時(shí)，你不會(huì)永遠(yuǎn)消失在黑洞中。粒子在你體內(nèi)的排列，即信息，最終會(huì)再次出現(xiàn)。大多數(shù)物理學(xué)家早就因?yàn)橄依碚摱S了這一點(diǎn)。但這種計(jì)算雖然受到弦理論的啟發(fā)，但并不涉及弦理論。信息可能只是通過引力和單層量子效應(yīng)而離開黑洞。

霍金和其他人試圖用量子理論來(lái)描述黑洞內(nèi)部和周圍的物質(zhì)，但愛因斯坦的經(jīng)典理論仍然用于引力，物理學(xué)家稱之為"半經(jīng)典理論"。

這項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)了額外的半經(jīng)典效應(yīng)，這是愛因斯坦理論允許的一種新的引力構(gòu)型，但霍金沒有考慮。當(dāng)黑洞非常古老時(shí)，這種效應(yīng)占主導(dǎo)地位。此時(shí)，黑洞從封閉變?yōu)殚_放。信息不僅會(huì)泄露，任何剛剛落入黑洞的東西都會(huì)立即出現(xiàn)。

這項(xiàng)工作匯集了高等數(shù)學(xué)中難以解釋和理解的多重計(jì)算技術(shù)。蟲洞、全息原理、新興時(shí)空、量子糾纏、量子計(jì)算。基本物理學(xué)中的幾乎所有概念都出現(xiàn)在這里，使學(xué)科變得復(fù)雜和混亂，但也令人難忘。

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20世紀(jì)70年代，唐·佩奇(DonPage)以霍金的名義開始研究黑洞。他研究了霍金發(fā)現(xiàn)黑洞輻射的關(guān)鍵點(diǎn)：黑洞邊緣的隨機(jī)量子過程。

從黑洞噴出的粒子似乎沒有任何內(nèi)部信息。如果一個(gè)100公斤重的宇航員掉進(jìn)黑洞，黑洞的質(zhì)量將增加100公斤。然而，當(dāng)一個(gè)黑洞發(fā)射出相當(dāng)于100公斤能量的能量時(shí)，它不包含任何信息，而且你無(wú)法分辨輻射是來(lái)自宇航員還是鉛。

這是一個(gè)嚴(yán)重的問題，因?yàn)楹诙醋罱K會(huì)完全蒸發(fā)，剩下的只是一堆隨機(jī)飛行的粒子，而掉進(jìn)去的任何物體都無(wú)法恢復(fù)。這使得黑洞的形成和蒸發(fā)成為一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的過程，這似乎違反了量子力學(xué)定律。

霍金和當(dāng)時(shí)的大多數(shù)理論物理學(xué)家都接受了這樣的結(jié)論：如果不可逆性違背了當(dāng)時(shí)的理論，那將是一個(gè)錯(cuò)誤。但佩奇感到不安，因?yàn)椴豢赡嫘赃`背了時(shí)間的基本對(duì)稱性。1980年，他與導(dǎo)師霍金分手，霍金認(rèn)為必須釋放黑洞，或者至少保留有關(guān)進(jìn)入黑洞的信息。物理學(xué)家分為兩個(gè)流派。"大多數(shù)廣義相對(duì)論學(xué)者同意霍金的觀點(diǎn)，但粒子物理學(xué)家更喜歡我的觀點(diǎn)。"佩奇說(shuō)。

他在想的是這個(gè)過程中被忽視的部分：量子糾纏。輻射的發(fā)射和輻射源也應(yīng)該保持一種量子力學(xué)聯(lián)系。如果你單獨(dú)觀察輻射或黑洞，它們看起來(lái)是隨機(jī)的。但如果你同時(shí)觀察這兩種情況，它們就會(huì)顯示出一種模式。就像用密碼對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密一樣，單獨(dú)的密碼和加密信息沒有任何意義，但它們一起可以解鎖信息。佩奇認(rèn)為，信息可以以類似的加密形式從黑洞中釋放出來(lái)。

佩奇計(jì)算黑洞與輻射之間的糾纏總數(shù)，即糾纏熵。當(dāng)一開始沒有輻射時(shí)，糾纏熵為零。最后沒有黑洞，糾纏熵為零。在中間過程中，糾纏熵將隨著輻射過程而產(chǎn)生?？偟膩?lái)說(shuō)，糾纏熵應(yīng)該是倒V字。