黑洞、信息、糾纏熵、蟲洞、拓撲學、漲落。霍金50年前提出的黑洞信息悖論似乎正以無數(shù)的高級和深層名詞結(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永遠消失，包括信息，它違背了量子力學中時間演化的統(tǒng)一性，也就是說，對于一個粒子來說，在整個空間中任何時候發(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。現(xiàn)在，他們可以確切地說，這些信息確實離開了黑洞。

當你跳入黑洞時，你不會永遠消失在黑洞中。粒子在你體內(nèi)的排列，即信息，最終會再次出現(xiàn)。大多數(shù)物理學家早就因為弦理論而默許了這一點。但這種計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，物理學家稱之為"半經(jīng)典理論"。

這項新研究發(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。當黑洞非常古老時，這種效應(yīng)占主導(dǎo)地位。此時，黑洞從封閉變?yōu)殚_放。信息不僅會泄露，任何剛剛落入黑洞的東西都會立即出現(xiàn)。

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

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20世紀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：黑洞邊緣的隨機量子過程。

從黑洞噴出的粒子似乎沒有任何內(nèi)部信息。如果一個100公斤重的宇航員掉進黑洞，黑洞的質(zhì)量將增加100公斤。然而，當一個黑洞發(fā)射出相當于100公斤能量的能量時，它不包含任何信息，而且你無法分辨輻射是來自宇航員還是鉛。

這是一個嚴重的問題，因為黑洞最終會完全蒸發(fā)，剩下的只是一堆隨機飛行的粒子，而掉進去的任何物體都無法恢復(fù)。這使得黑洞的形成和蒸發(fā)成為一個不可逆轉(zhuǎn)的過程，這似乎違反了量子力學定律。

霍金和當時的大多數(shù)理論物理學家都接受了這樣的結(jié)論：如果不可逆性違背了當時的理論，那將是一個錯誤。但佩奇感到不安，因為不可逆性違背了時間的基本對稱性。1980年，他與導(dǎo)師霍金分手，霍金認為必須釋放黑洞，或者至少保留有關(guān)進入黑洞的信息。物理學家分為兩個流派。"大多數(shù)廣義相對論學者同意霍金的觀點，但粒子物理學家更喜歡我的觀點。"佩奇說。

他在想的是這個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聯(lián)系。如果你單獨觀察輻射或黑洞，它們看起來是隨機的。但如果你同時觀察這兩種情況，它們就會顯示出一種模式。就像用密碼對數(shù)據(jù)進行加密一樣，單獨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。佩奇認為，信息可以以類似的加密形式從黑洞中釋放出來。

佩奇計算黑洞與輻射之間的糾纏總數(shù)，即糾纏熵。當一開始沒有輻射時，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。總的來說，糾纏熵應(yīng)該是倒V字。