物理学家提出了一种从黑洞中提取信息的方法

加州理工学院的美国物理学家找到了一种理论方法来提取有关被困在黑洞中的粒子的信息。从长远来看，该理论可以帮助解决黑洞中信息消失的问题，这通常被称为“脱发定理”。

该定理说，质量相同的所有不旋转且不带电的黑洞是彼此无法区分的。例如，从物质的重力塌陷获得的黑洞和从反物质的重力塌陷获得的相同质量的黑洞与外部观察者的观点没有区别。因此，在外部观察者的引力坍塌过程中，违反了量子数守恒定律。

1974年，斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）预测黑洞辐射的存在，后来以他的名字命名。如果一个粒子-反粒子对出生在黑洞的地平线附近，则其中一个可以避免掉入黑洞并冲入周围空间。从外部观察者的角度来看，此过程看起来像黑洞辐射。

由于允许黑洞逐渐“蒸发”，这意味着黑洞可以先生长到一定质量，然后发出必要量的辐射并返回到原始质量。在这种情况下，发射的辐射将不会以任何方式与先前掉入该孔中的物质和能量联系在一起，并且缩小的黑洞将不会以相同的质量与其过去状态发生任何变化。也就是说，黑洞会完全破坏进入其中的信息。

从量子力学的角度来看，这是一个问题。尽管事实证明它具有概率（例如，电子在某个点处的概率），但在任何情况下，波函数都应以可预测的方式运行。如果我们知道某个特定时刻的波形，那么我们应该能够在其他任何时刻预测其波形。没有这种统一性，量子理论将无法产生有意义的结果-例如，所有概率之和将不会是100％。

美国物理学家认为，通过使用所述的霍金辐射和量子隐形传态技术，有可能提取出有关捕获在黑洞中的粒子的信息。。后者意味着使用一对纠缠的粒子和经典的通信通道将量子态传输到一定距离，其中在测量过程中，粒子的状态在离开点被破坏，然后在接收点被重新创建。

例如，需要一对研究人员Asa和Vasya将有关电子背面的信息从一个电子传输到另一个电子。电子自旋态的空间由布洛赫（Bloch）球描述，并且电子自旋可以由该球上的一个点表示。但是，如果Asya直接测量旋转，他将崩溃为两种状态之一。因此，必须传输自旋而不进行测量。

为此，研究人员将需要另外一对相互缠绕的粒子。通过测量一个粒子的状态，有可能以100％的概率找出另一个粒子的状态。因此，Asya将拥有两个电子-一个电子必须转移其状态，另一个电子来自纠缠的对。 Vasya中只有一个纠缠的电子对。

在量子世界中，测量改变了系统的状态。爱丽丝可以拿走她的两个电子，并进行测量，使它们陷入纠缠状态。此过程将打破她的一个电子与Vasya的电子之间的混淆。但与此同时，瓦辛电子进入了阿西电子所处的状态-该电子必须被传送。

现在您可以回到黑洞，并想象Asya带着她的电子飞跃到事件视界之外。 Asya捕获霍金辐射产生的一个光子，而与第一种状态相混淆的第二个光子则落入孔中。然后Asya测量黑洞的总角动量，并向其投掷电子。

如果Asya现在再次测量黑洞，这些测量值将使黑洞与掉入的光子混淆，并将电子的状态传送到Asya处置的光子中。因此，关于缺失电子的信息将再次出现在宇宙的可观察部分。

的确，这种“技术”使您可以返回仅一个消失在黑洞中的粒子的信息。为了解决关于“无毛发”的定理，有必要了解黑洞中发生的内部机制。而这恰恰是这些对象研究中最大和最根本的问题。为此，有必要发展对引力相互作用的量子描述，而到目前为止，这还不包括整个世界的理论物理学家。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN388433/