黑洞里到底有什么?科学家称可能找到解开这些秘密的钥匙!

牡丹江汽车网 2019-11-24

在我们的宇宙中,黑洞无疑是宇宙霸主,黑洞是一种密度无穷大、体积无穷小的物体,它们是由一颗巨大的死恒星坍缩形成的。它就像巨大的宇宙垃圾压缩器一样,凭着它们巨大的引力,疯狂吸收周围的物质,这些物质被无情地吞噬在所谓的视界后面——也就是包括光在内的任何物质都无法逃逸的地方,随后它将这些物质比如气体和尘埃压缩到一个极其微小的点,而这个点的密度大到你无法想象。

黑洞里到底有什么?科学家称可能找到解开这些秘密的钥匙!


据目前的现代物理学,物质在被吞噬后,有关这种物质的信息应该永远消失在宇宙中。但一项新的实验表明,可能有一种方法可以利用量子力学来洞悉甚至获得一些关于黑洞内部的信息!该结果一经发布立即在科学界掀起了波澜!

我们知道,在量子物理中,信息是不可能丢失的,相反,信息可以在亚原子之间隐藏或打乱,但是它不会消失,就像能量守恒一样,它必然是逃逸到某个地方去了,而不是凭空消失,或者跑到别的平行宇宙,因此科学家断定这些亚原子之间必然有着千丝万缕的联系。

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为了证实这个结果,物理学家兰德斯曼和他的同事展示了这个研究,他们可以测量信息在一个简化的黑洞模型中什么时候以及以多快的速度被打乱,从而提供了一个潜在的窥视其他不可穿透实体的机会。这一发现是量子计算机的发展史上的一大进步。

早在20世纪70年代,著名理论物理学家斯蒂芬·霍金证明了黑洞在其一生中可以缩小。根据量子力学定律,在微小尺度上可以决定亚原子粒子行为的规则,比如成对的粒子在黑洞视界外自发地出现,其中一个粒子坠入黑洞,而另一个粒子被推到外面,在这个过程中窃取了一点点能量。在一段极长的时间尺度内,足够的能量被窃取,黑洞将蒸发,这一过程被称为霍金辐射。

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但是在黑洞无限稠密的中心隐藏着一个难题。量子力学说关于一个粒子的信息,它的质量、动量、温度等等永远不会被破坏。而相对论同时指出,在黑洞视界附近快速移动的粒子与黑洞中心密度无限的物质互相挤压结合在一起,这意味着再也无法获得关于它的任何信息。迄今为止,解决这些不相容的物理需求的尝试都没有成功,因此研究这个问题的理论家们把这个困境称为黑洞信息悖论。

而在这次的新实验中,兰德斯曼和他的同事展示了如何利用霍金辐射对黑洞中向外飞行的粒子来缓解这个问题。因为粒子本身与粒子正在逃离的伙伴纠缠在一起,这意味着它的状态与它的伙伴的状态是不可分割地联系在一起的,因此测量一个伙伴的属性可以提供关于另一个伙伴的重要细节,这和量子纠缠如出一辙。通过对这些发出的粒子进行大规模量子计算,人们可以恢复掉入黑洞的信息。

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虽然黑洞内的粒子的所有信息都被量子力学“打乱”了。也就是说,他们的信息被混乱地混合在一起,并且应该永远无法摆脱。但是在这个系统中被混淆的纠缠粒子可能会将信息传递给它的伙伴,这就让我们有卡呢能获取到已经被黑洞吞噬的物质信息。

其实在真实的黑洞中这样做是极其复杂的,并且环境也不允许,因为在物理实验室中很难找到黑洞。因此,该小组创建了一台量子计算机,使用纠缠量子比特(量子计算中使用的基本信息单位)进行计算。然后他们用三个相互纠缠的元素镱原子核建立了一个简单的模型。

通过使用另一个外部量子位,物理学家们能够分辨出三粒子系统中的粒子在什么时候发生了置乱,并能够测量它们的置乱程度。更重要的是,他们的计算结果显示,这些粒子之间是相互打乱的,而不是与环境中的其他粒子打乱的,这个发现史无前例的,科学家兴奋不已:这是一个了不起的成就!而且这个研究的结果将对黑洞的研究以及未来探索量子力学的关键将有巨大的帮助!

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