------------霍金的黑洞信息悖論有望通過物理方式—“蟲洞”解決(二)
最近,物理學家推斷實體天體物理,一種新的“可穿越”蟲洞可以解決令人費解的霍金黑洞信息悖論并挽救掉進黑洞的信息。
1985 年,科幻小說《接觸》描述:主角艾莉·阿羅威博士從月球通過黑洞傳送到數光年之外的織女星。然而現實世界這是不可能存在的,因為按照霍金的黑洞信息悖論,黑洞被覺得可以捕獲并搗毀推入其中的任何事物。但是,在愛因斯坦廣義相對論中卻容許另一種方式才能聯接時空遙遠位置的隧洞,即所謂的“蟲洞”。雖然天文學家未曾見過真正的“蟲洞”,但廣義相對論容許這種結構存在(廣義相對論成功預測了黑洞和引力波)。
全息圖暗示了黑洞的命運
路徑積分與蟲洞
路徑積分是一種物理方式,物理學家常用路徑積分法研究量子運動,路徑積分在量子力學原理的抒發中可以描述為:在量子物理學中,任何可能發生的事情就會發生,即一個粒子從 A 點到 B 點走所有可能的路徑,這些路徑組合成一個加權和。現實中權重最高的路徑一般是精典物理學所期望的路徑,但在量子物理中并非總是這么。如果權重發生變化,粒子可能會忽然從一條路徑躍遷到另一條路徑或則同時出現在兩條不同的路徑,這在精典物理學中是不可能實現的。而路徑積分可以采用物理的方法描述這些量子行為被廣泛采用。
量子問題永遠沒法離開物理
路徑積分對于研究量子運動十分有效,采用路徑積分意味著在量子世界中要接受時空并非是單一的時空幾何有可能是“所有可能的形狀”,但精典數學中時空是具有明晰定義的形狀—例如,地球附近的時空彎曲正好使地球圍繞月球中心運行。因此,什么是“所有可能的形狀”?對于霍金來說,這意味著所有的幾何拓撲,時空除了會締結冰淇淋也可能是巧克力或饅頭。
說了這么多路徑積分究竟是干哪些用的?他和“蟲洞”有“毛關系”?在物理上還真有“毛關系”。最后淺顯地講:在天體物理學中應用量子力學理論以路徑積分作為物理工具去解釋時空的幾何拓撲結構。再簡單一些,在現實世界還沒有發覺“蟲洞”實體證據的情況下,“蟲洞”是以物理方法描述的。
糾纏熵與蟲洞
在對黑洞及其量子幅射應用路徑積分后,就可以估算糾纏熵了(糾纏熵是對一個子系統與其環境糾纏程度進行定量分析的物理矩陣)。量子物理學家對黑洞進行一系列重復測量,而后進行物理“復刻”。對黑洞的物理復刻與拋硬幣的概念類似,就是說有兩個硬幣,其中一個硬幣是復制品,拋其中一枚硬幣和拋復制品硬幣在統計學機率的結果是相同的,即使不知道個體機率,仍然可以對隨機性作出基本判定。
黑洞輻射
雖然這些技巧看起來很可笑,但它有真正的物理學意義。引力路徑積分在估算時并不分辨物理復制品黑洞與真正的黑洞。激活引力路徑積分可以發覺黑洞的“鞍點”包含多個與黑洞相聯接的時空蟲洞。
黑洞事件視界內外的糾纏粒子通過蟲洞相連
結果顯示蟲洞和單個黑洞的權重基本上和它們的糾纏熵負相關,在物理估算上蟲洞有很多糾纏熵,所以開始時權重很低。但是隨著黑洞的的霍金幅射不斷飆升,糾纏熵會越來越低,這時蟲洞的殘差會越來越高,最終產生了物理意義上的“蟲洞”,這在精典的廣義相對論中是不可能的。最終,科學家否認了黑洞幅射同時也會帶走落入黑洞的信息。所以當宇航員不留神墜入黑洞時能夠下來?你可以堅定地回答:“當然可以!”但是如何下來的?以什么樣形態下來的,“還不知道。”
時空建立與蟲洞
物理學家通過估算,發現黑洞幅射的信息十分豐富。例如,物理學家通過想像實驗將幅射量子發送到小型量子計算機,并運行對黑洞的完整模擬,這時就出現了顯著的問題!
由于幅射量子與它來自的黑洞高度糾纏,那么量子計算機也與黑洞高度糾纏。在模擬中,糾纏轉化為模擬黑洞和原始黑洞之間的幾何聯系。簡單來說,兩者是通過蟲洞相連的。理論上既有化學黑洞,然后有量子計算機中的模擬黑洞,并且還有一個蟲洞聯接它們。即量子糾纏也可以被覺得是一個蟲洞。 反過來,蟲洞提供了一條秘密隧洞,信息可以通過它逃出黑洞內部。
物理學家仍然在激烈地爭辯怎樣從字面上理解這種蟲洞。蟲洞深深隱藏在“數學的等式中”,以至于它與現實的聯系雖然很脆弱,但它們確實形成了實際的估算數值。數學上的蟲洞實質存在,這早已是事實!
但是,蟲洞與宇宙中存在的實體不同,物理學家倍感蟲洞是非現有物理學才能解釋的但它真實存在。通過聯接宇宙中兩個遙遠的地點,蟲洞準許在一個地方發生的風波直接影響一個遙遠的地方,而無需粒子、力或其他誘因作用。但是蟲洞并不是獨立存在的,你覺得獨立的東西,其實并不是真正獨立的。
蟲洞為信息提供了一種逃避看似難以逾越的黑洞悖論的方式
乍一看,這是十分令人難以置信。愛因斯坦構建廣義相對論的明晰目的是從物理學中去除不確定性,即:萬物恒有律。例如:引力不會趕超空間,它必須以有限的速率從一個地方傳播到另一個地方實體天體物理,就像自然界中的任何其他的相互作用一樣。但幾十年來,物理學家們早已意識到,相對論所基于確定性實質上創造了一種非確定性。
在物理學的角度,極致的宏觀(宇宙學)與極至的微觀(量子力學)正趨向一致,而人類的精典物理學才是特例,人類認知的規律才是“意外情況”。現在早已很難回答哪些是數學的,什么是非數學的,人類認知越多反倒更加的苦惱。
所有的一切都加強了物理學家的預感,即:時空不是自然單一幾何元結構,而是從一些非空間或非時間的潛在機制中出現的多元結構。對許多人來說這是非常無法接受和理解的,但是蟲洞的出現傳達了空間可以崩坍物理解釋,宇宙最終是非幾何的。
在全息”宇宙中,空間和時間的結構是從量子網路中出現的
但就現今而言,這最多只是開端甚至連開端都無從談起,關于黑洞的探求遠未到盡頭,人類才剛才看到文明的房門。