能量越多，比特翻轉(zhuǎn)得越快。 土、氣、火、水，歸根結(jié)底都是由能量構(gòu)成的，但它們的不同形態(tài)是由信息決定的。 做任何事情都需要能量，而闡明所做的事情需要信息。
— 賽斯·勞埃德 (2006)
量子熱理論的歷史很短，但它所遭受的危機、爭論、解釋（如奧斯陸表示、玻姆演繹、多世界表示、多思維演繹等）、派系之爭、哲學(xué)辯論比任何其他理論都多科學(xué)。 但它其實樂于讓自己充滿懸案，根本不在乎人類的直覺。
愛因斯坦在臨終前難以接受他的一些理論，理查德費曼說沒有人真正理解量子熱并不是開玩笑。 但是，對現(xiàn)實的本質(zhì)進行辯論顯然是很自然的。 而且，量子熱在對萬物的基礎(chǔ)進行理論解釋并在實踐中取得特殊成就的同時，其自身的基礎(chǔ)也在不斷地被革新和更新。 但盡管如此，關(guān)于量子熱的辯論有時看起來更像是一場宗教辯論，而不是科學(xué)辯論。
“這怎么發(fā)生的？” 量子理論家克里斯托弗福克斯問道。 他曾在貝爾實驗室工作，后來在美國滑鐵盧的 理論化學(xué)研究所工作。
隨意走進一個會場，猶如置身于喧囂的圣城。 各種教派的牧師在這場圣戰(zhàn)中互相爭吵——Bohm 、 、 、 、 、 和 Multi-world 等等。 所有人都聲稱看到了圣光，那是終極的神秘之光。 每個人都告訴我們，如果我們接受它的解決方案作為我們的救世主天體物理學(xué)家是干什么的，我們也能看到光。
Fuchs 決定是時候開始使用新爐子了。 拋棄現(xiàn)有的量子理論公理，即使它們很漂亮也很有文化，轉(zhuǎn)向更深層次的數(shù)學(xué)原理。 “這些原則應(yīng)該是明確的、令人信服的和令人興奮的。” 但是哪里可以找到這樣的數(shù)學(xué)原理呢？ 福克斯自己給出了答案：在量子信息論中。
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“理由很簡單，但我覺得也足夠了。” 他強調(diào)，“量子熱一直圍繞著信息，但化學(xué)界早已忘記了這一點。”
但仍有人沒有忘記，或者重新發(fā)現(xiàn)，其中之一就是約翰·阿奇博爾德·惠勒天體物理學(xué)家是干什么的，核裂變的先驅(qū)，玻爾的中學(xué)生，費曼的老師，黑洞的命名者。 ，20世紀(jì)最后幸存的數(shù)學(xué)巨人。 惠勒有一句著名的格言流傳下來，“黑洞沒有頭發(fā)”是他的格言之一。 這意味著從黑洞外部只能觀察到黑洞的質(zhì)量、電荷和載流子，無法觀察到其他信息（“毛發(fā)”）。
他寫道：“黑洞告訴我們，空間可以像紙一樣被壓縮成一個無限小的點，時間可以像熄滅的火焰一樣衰變，我們認(rèn)為‘神圣’的化學(xué)定律被證明并非如此。所以。 ” 1989年，惠勒提出了他的最后一句口號：萬物源于比特，這是一個極端的觀點，完全不理想：信息第一，材料第二。
換句話說，任何事物（任何粒子、任何力場，甚至?xí)r空連續(xù)體本身）的功能、意義和存在都完全（盡管在某些情況下是間接地）來自……比特。
為什么自然看起來是量子化的？ 這是因為信息是量化的。 比特是最終不可分割的基本粒子。
許多化學(xué)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)帶來了信息，但其中最令人驚訝的是黑洞。 不過，一開始，黑洞實際上與信息無關(guān)。
黑洞的想法源于愛因斯坦的廣義相對論，雖然他沒有活著見證研究的重點之一。
他在 1915 年強調(diào)，光會受到引力的影響，時空結(jié)構(gòu)也會因引力而彎曲，當(dāng)足夠多的質(zhì)量被壓縮在一起時，就像在一個致密的星系中一樣，就會發(fā)生坍縮，時空結(jié)構(gòu)會在自身重力作用下坍塌。 在效果的強化下，不斷地收縮著，沒有任何限制。 由此得出的可能推論似乎很奇怪，直到近半個世紀(jì)后才被認(rèn)真對待。
當(dāng)任何物質(zhì)遇到它們時，它只能介入而不能逃脫。 它的中心是一個奇點，密度無限大，引力無限大，時空曲率無限大。 它的時間坐標(biāo)和空間坐標(biāo)相互交換。 由于沒有任何光或信號從內(nèi)部逃逸，因此它們名副其實。
惠勒于 1967 年首次使用“黑洞”一詞來描述它們。通過觀察黑洞的引力，天文學(xué)家確實發(fā)現(xiàn)了一些候選者，但不清楚是哪些。
起初，天體化學(xué)家的研究重點是落入黑洞的物質(zhì)和能量。 但是后來，他們開始被信息的問題所困擾。 這個問題源于斯蒂芬霍金在 1974 年的發(fā)現(xiàn)。
通過結(jié)合量子效應(yīng)和廣義相對論，他認(rèn)為由于風(fēng)暴視界附近的量子漲落，黑洞應(yīng)該輻射粒子。 換句話說，黑洞會慢慢蒸發(fā)。 但問題是，霍金輻射是熱輻射，沒有特征也沒有意義，只是普通的熱。 但落入黑洞的物質(zhì)本來就攜帶著信息，而這些信息固有地存在于它的結(jié)構(gòu)、組織和量子態(tài)中——用統(tǒng)計熱力學(xué)的說法，存在于它可能的微觀狀態(tài)中。
在這一點上，只要信息存在于風(fēng)暴視界內(nèi)并且對我們隱藏，化學(xué)家就不會被丟失的信息所困擾。 他們可以說這些信息不可用，但它并沒有消失。 正如 Bacon 在 1625 年所說：“在黑暗中，所有顏色看起來都一樣。”
但是傳出的霍金輻射不攜帶任何信息。 如果黑洞蒸發(fā)了，信息到哪里去了？ 根據(jù)量子熱原理，信息是不朽的。 決定論的數(shù)學(xué)定理要求化學(xué)系統(tǒng)在某一時刻的狀態(tài)將決定其下一時刻的狀態(tài)； 而在微觀層面，這個定理是可逆的，所以信息一定是守恒的。
霍金是第一個明確強調(diào)，或者可能警告說，這個問題威脅到量子熱的基礎(chǔ)的人。 如果信息消失了，這就違反了幺正性，即所有可能發(fā)生的風(fēng)暴的概率之和始終為一的原則。
霍金說：“除了擲骰子，上帝有時還會把骰子扔到我們看不到的地方。” 1975年夏天，霍金向《物理評論》雜志投稿。 文章的標(biāo)題很奇怪，“In of . 過了一年多才發(fā)表，標(biāo)題比較溫和（” in ）。
正如霍金所料，這篇論文引起了一些化學(xué)家的強烈反對。 其中之一是加州理工學(xué)院的約翰·普雷斯基爾，他長期以來一直堅信信息不會消失：如果要焚燒一本書，化學(xué)家不可能追蹤每一個光子和灰燼顆粒。 ，你應(yīng)該能夠反向重建那本書。
在加州理工學(xué)院的一次研討會上， 強調(diào)了危險：“信息消失了。很難改變量子理論以允許存在黑洞。” 在我們可以在實驗室研究的其他常見情況下，它會發(fā)生，同時防止它發(fā)生。”
1997年，他甚至與史蒂芬·霍金打賭，引起廣泛關(guān)注。 他打賭這些信息一定是以某種方式從黑洞中逃逸出來的，賭注是一套百科全書，由輸家挑選。 哈佛大學(xué)的 也站在 一邊。
他強調(diào)：“有些化學(xué)家可能認(rèn)為討論黑洞里有什么只是一種理論討論，甚至是近乎宗教的討論，就像討論針尖上能站多少個天使一樣。但事實并非如此：這一期是關(guān)于未來化學(xué)的一個定理。”
在接下來的幾年里，化學(xué)家們提出了各種想法試圖回答這個問題。 霍金還提出了一個：“信息可能進入了另一個宇宙，但我還不能給出物理證明。”
直到2004年，霍金62歲時，才收回隔閡，甘愿認(rèn)輸。 他宣布他已經(jīng)找到了一種方法來證明量子引力服從幺正性并且信息守恒。 他將一個量子不確定性的陳述（即費曼提出的路徑積分陳述，又稱“歷史求和”）應(yīng)用于時空結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋵W(xué)，并由此推導(dǎo)出一個推論，雖然黑洞并不完全黑色 是的，他們也提供信息。
霍金寫道：“混亂和悖論源于這樣一個事實，即過去人們從經(jīng)典數(shù)學(xué)的角度考慮問題，其中時空只有單一的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。” 一些化學(xué)家發(fā)現(xiàn)霍金的新理論模棱兩可，并認(rèn)為有許多未解之謎，但霍金清楚一件事。 他寫道：“并沒有像我以前認(rèn)為的那樣有任何分支的子宇宙。信息總是存在于我們的宇宙中。我很抱歉讓懸疑迷們失望了。”
最后，他輸給了 的 2,688 頁完整壘球指南：終極壘球百科全書——“從中可以很容易地恢復(fù)信息，”霍金在文章結(jié)尾開玩笑說，“但也許我應(yīng)該把骨灰給給他。”
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