將量子力學和相對論結合會發生什麼?黑洞中兩種理論巨大的矛盾!

在牛頓建立的經典物理學大廈遭受到打擊之後,拔地而起兩座目前最讓人著迷的兩座新大廈,一個是廣義相對論,另一個是量子力學。這兩個領域基本瓜分了它們現世之後的物理學諾貝爾獎,它們一個用來研究超越一般大小的巨大天體,一個被用來十分微小的粒子。在各自的領域裡,它們都被認為是科學的,是真理(至少目前是),那麼既然是真理,就意味著兩者雖然被用於不同領域,但本質上應該是不矛盾的。但是,有一個十分棘手的問題擺在了物理學家眼前,它就是著名的

霍金悖論

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黑洞

黑洞是愛因斯坦引力場方程的特殊解,其之所有被稱為“黑洞”,便是因為它吞噬一切東西。中國神話中有一種喜歡吞噬的兇獸,名字叫做饕餮,而黑洞是實實在在存在的饕餮,它吞噬周圍的一切,甚至吞噬光,光無法逃脫黑洞的束縛,於是形成了“視界”。

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消失的質量和信息

我們知道,信息的傳遞是需要載體的,比如聲音、比如光,離開了載體,信息就無法進行傳播。而自然慣性系中已知擁有最快速度的載體是光,現如今全球形成了一個觸手可及的網絡,電磁波(電磁波和光本質同源)是最主要的功臣。

黑洞的視界之內,光是無法逃脫出來的,而信息最快的載體就是光,即:一旦信息掉入了黑洞的視界中,這段信息將永遠不會被視界外的人知曉。黑洞是個“只入不出”的怪物,中心的奇點不斷吞噬著不管是實體的物質還是虛擬的信息,且不放出任何“消息”出來。

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霍金悖論

黑洞也是有壽命的,黑洞在不斷吞噬之後,最終走向生命的終結。目前關於黑洞的“結局”有兩種說法,一種是同宇宙大爆炸一樣,奇點爆發重新形成星系;另一種是黑洞最後走向湮滅。而走向湮滅的理論基礎就是霍金提出的“霍金輻射”。

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上個世紀七十年代,霍金根據計算提出:黑洞並非只進不出,它是有溫度的,它是會放出輻射的,這個輻射被稱為霍金輻射。雖然到目前為止這個輻射還沒有被證實,但毫無疑問它具有巨大的影響力。而他得出這個猜想的根據便是將量子力學引入到了黑洞之中,即這是兩大理論統一的結果。我們之前講到,量子力學和相對論都被認為是正確的,那麼當量子力學引入之後會發生什麼呢?

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量子力學理論在原子的水平上對宇宙加以描述,推斷出信息是從來不會丟失的,那麼如果黑洞是個只進不出的饕餮,那麼信息都去哪裡了呢?輻射是不帶有信息的,而黑洞最後湮滅之後,信息將從這個宇宙中徹底消失!這個直接將兩大基礎理論攪和在了一起,卻是那樣的不相容,矛盾如此尖銳!

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於是霍金只好認為,黑洞之中量子力學已然不適用了,這種基礎科學失效了。這顯然是不受待見的,因為量子力學發展到今天這種程度,量子力學家們不可能認為自己的理論是錯誤的。而在2004年,霍金也承認自己之前的觀點存在問題,信息還是守恆的。

可能的猜想

1.信息守恆定律是錯的,但這會威脅到量子力學理論;

2.霍金輻射根本不存在,但是目前有聲稱證實存在的實驗報道,而且霍金輻射本來就是量子力學與廣義相對論結合的產物,不存在也就意味了量子力學在黑洞會失效,即這兩種理論無法統一;

3.信息是守恆的,輻射也是存在的,只是信息會被黑洞以某種信息拋出。例如傳說中黑洞通過蟲洞連接白洞,白洞源源不斷拋出物質和能量,這些物質和能量全部來自相連的黑洞。

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