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硬碟掉入黑洞,D槽裡的電影還會在嗎?

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編譯 / 許瑞福(台大電機系雙主修哲學,人文與科學的兩棲類)

困擾物理學界近四十年的問題-黑洞中的「資訊遺失悖論」-很可能根本不存在!

將文件切碎,你還是可以想辦法拼回來。把書燒掉,理論上你也可以辦到同樣的事。但如果把資訊傳入黑洞中,就永遠找不回來了?這是物理學家爭論已久的問題,黑洞是否如同一座終極金庫,把資訊吸入並永久蒸發,不留下任何蛛絲馬跡。最新的研究顯示這個觀點很可能是錯的!

水牛城大學(University at Buffalo)物理學家Dejan Stojkovic博士說:「根據我們的研究,資訊並不會因進入黑洞就遺失。」

Stojkovic於《物理評論》(Phsical Review Letters)上,與他的博士生Anshul Saini共同發表了〈從崩塌物體的輻射具明顯的資訊守恆〉(Radiation from a Collapsing Object is Manifestly Unitary)。

這份論文簡述黑洞輻射粒子的交互作用,揭示不少關於構成黑洞的物體的特性,甚至透露了關於內部的物質與能量的資訊。

Stojkovic認為這是一項重大的發現,因為即便是深信資訊不會在黑洞中遺失的物理學家,也很難使用數學描述這個現象,但他的論文卻能清清楚楚地計算出資訊是如何被保留。

從霍金(Stephen Hawking)提出黑洞輻射的概念已經超過四十年的問題-「資訊遺失悖論」(information loss paradox),這份研究可說是一大進展!資訊遺失悖論一直是物理研究上的一大問題,如果黑洞中的資訊跟著黑洞一同消失,將破壞量子力學中的資訊守恆的原則。

粒子交互作用背後的隱藏資訊

在1970年代,霍金提出黑洞能夠輻射粒子,而失去的能量將造成黑洞縮小甚至於消失。霍金甚至說輻射的粒子,並不會透露黑洞內部的任何線索;這意味著隨著黑洞的變化,其中的資訊將永遠消失。

霍金隨後修正他的說法,認為資訊是否無法逃離黑洞,或是從黑洞中找回資訊的可能性仍有待商榷,而Stojkovic和Saini的新研究正好幫助我們更加了解真相。

除了觀察黑洞本身的輻射粒子外,這份研究也考慮了粒子間的微弱互動。如此一來,黑洞外的觀察者就有可能找出黑洞中的資訊。

粒子間的互動包含重力或是中介物的交換(例如光子)。這樣的對應關係早就被發現,但過去的科學家們並不太重視。

Stojkovic說:「由於被認為過於微小而無法造成影響,這些對應關係在相關的計算時常被忽略。我們的計算發現雖然這樣的對應關係一開始非常微小,隨著時間的會逐漸變大而改變結果。」

資料來源:

研究文獻:

  • Saini, A., & Stojkovic, D. (2015). Radiation from a collapsing object is manifestly unitary. Physical review letters, 114(11), 111301.

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關於作者

活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。

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