物理學家：「解救」被困黑洞的信息並非不可能

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黑洞是宇宙的一個神秘所在，擁有令人驚異的密度和引力。包括光線在內，任何形式的輻射都無法逃脫它們的魔爪。黑洞如何形成，科學家知之甚少，更不用說內部構造。不過，科學家從未放棄努力。根據他們進行的一項新實驗，利用量子力學手段「解救」被困黑洞的信息具有可能性。

科學家稱獲取被困黑洞的信息並非不可能

黑洞堪稱「引力怪獸」，它們就像是功率巨大的宇宙版垃圾壓實機，將氣體和塵埃壓縮成一個微小的點。現代物理學研究表明，在被黑洞吞噬後，物質的相關信息將永久性迷失在宇宙中。但一項新實驗表明可能存在一種方式，利用量子力學手段獲取被困在黑洞的信息。馬里蘭大聯合量子研究所物理學系研究生凱文·蘭德斯曼表示：「在量子物理學世界，信息不可能消失。它們可以被隱藏或者混雜在不可分的亞原子粒子糾纏態。」

蘭德斯曼和論文合著者指出，他們能夠測算信息何時以及如何在一個簡單黑洞模型內混雜。換句話說，科學家有望窺探黑洞這種一旦進入，便有去無回的神秘天體。此外，這一發現也有助於科學家研製量子計算機。研究發現刊登在3月6日的《自然》雜誌上。

黑洞藝術概念圖

黑洞是密度無限大且體積無限小的天體，由巨大的死星發生超新星爆炸後形成。由於驚人的引力拖拽，黑洞能夠吸食周圍物質。「事件視界」是所謂的不可返回點，一旦穿過事件視界，包括光線在內的任何物質都無法逃脫。

上世紀70年代，著名理論學家斯蒂芬·霍金證明黑洞會隨著時間萎縮。根據量子力學定律——闡述微觀尺度下的亞原子粒子行為——粒子對會自發出現在黑洞事件視界以外的區域。其中一個粒子隨後墜入黑洞，另一個則被往外推並在此過程中「盜取」極少量能量。在相當長時間內，它們能夠盜取足夠多的能量，導致黑洞蒸發。這個過程被稱之為「霍金輻射」。

黑洞吸食伴星物質

擁有無限密度的黑洞心臟內部隱藏著一個謎題。量子力學認為粒子的信息——質量、動量、溫度等——永遠無法被摧毀。相對論認為穿過黑洞事件視界的粒子會在黑洞核心被無限壓縮。這意味著無法重獲粒子的任何信息。科學家一直試圖破解這個矛盾，但始終以失敗告終。理論學家將這種矛盾稱之為「黑洞信息悖論」。

新實驗中，蘭德斯曼和他的同事將目光投向霍金輻射粒子對中向外飛行的粒子，最終取得了令他們欣喜的發現。由於這個粒子與墜入黑洞的伴侶糾纏在一起，它的狀態與伴侶的狀態具有不可分性。這意味著測算其中一個的特性能夠獲得另一個粒子的重要細節。

《星際穿越》中的黑洞「卡岡都亞」

加州大學伯克利分校物理學家、研究小組成員諾曼·姚在一份聲明中指出：「通過對這些外逃粒子進行大量量子計算，我們可以重獲墜入黑洞的粒子信息。」黑洞內粒子的所有信息都通過量子力學方式攪在一起，混雜方式讓「解救」這些信息成為不可能。但在這個系統內，相互糾纏的粒子能夠潛在地將信息傳遞給伴侶。

對現實世界的黑洞進行這種操作將面臨令人絕望的複雜挑戰。任何一家物理學實驗室都很難製造出一個黑洞。為此，研究小組製造了一台量子計算機，利用糾纏量子比特（量子計算中使用的基本信息單位）進行計算。隨後，他們利用三個鐿原子核創建一個簡單模型。這些原子核相互糾纏在一起。

馬薩諸塞大學的一項研究發現不停旋轉的大個頭黑洞能夠讓「溫和」的超空間旅行成為現實

藉助另一個外部量子比特，物理學家能夠得知這個三粒子系統中的粒子何時混雜，同時能夠測算它們如何混雜。加州大學伯克利分校理論物理學家拉斐爾·伯索在接受《生活科學》雜誌採訪時指出，更為重要的是，他們的計算結果表明這些粒子彼此混雜，而不是與環境中的其它粒子混雜。

伯索並沒有參與這項研究。他說：「這是一項了不起的成就。辨別量子系統內發生的活動是一項非常艱難的挑戰。」研究結果表明對黑洞的研究正在推動相關實驗，以探究量子力學的微妙之處。這有助於研發未來的量子計算機制。

來源：漫步宇宙

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