带喷头和吸积盘的黑洞亲爱的蜜蜂博士，
为什么物理学家如此担心黑洞中信息的消失，因为还有其他一些不可逆的过程，而这些过程具有相当常规的性质。 一个明显的例子是隔离系统中熵的增加，另一个是量子力学中的测量。
问候，佩特里。
亲爱的佩特里，
这是一个很好的问题。 这种困惑与信息悖论密切相关，后者是带有超大质量黑洞的吸积盘。 几周前，我发现即使我的丈夫也不是很了解这个问题，而且他不仅拥有物理学博士学位，而且还让我谈论这个问题达15年之久！
因此，我很乐意解释为什么理论家如此担心信息和BH。 这个问题有两个方面：科学的和社会的。 让我们从科学开始。
在经典的相对论一般理论中，黑洞不构成任何特殊问题。 当然，它们包含一个奇异点，其中曲率变成无穷大-这被认为与物理学的精神背道而驰-但BH将其隐藏在事件的视线之外，因此它不会伤害任何人。
但是，正如史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）所指出的那样，考虑到宇宙，包括真空在内，都充满了量子物质场，您可以计算出黑洞发射出了粒子。 今天将此过程称为“鹰嘴辐射”。 非量化引力与量子材料场的这种组合被称为“半经典”引力，并且应作为良好的近似值，直到可以忽略引力的量子效应，即直到您非常接近奇点。
霍金辐射由成对的纠缠粒子组成。 在每对中，一个粒子掉入黑洞，另一个粒子飞走。 这导致BH质量的损失，即BH被压缩。 最后，它完全失去了质量，结果，只剩下了四处散射的霍金辐射粒子。
问题在于，失控粒子不包含任何有关形成黑洞的信息。 而且，落入BH中的这些粒子的伙伴的信息也丢失了。 如果我们研究BH蒸发的副作用，我们不能说初始状态是什么。 您只能计算总质量，电荷和角动量-黑洞的三个“头发”（
和一个量子比特 ）。 事实证明，BH的蒸发是不可逆的。
但是在
量子场论 （CFT）中，不存在不可逆过程。 用技术术语来讲，BH将纯状态变成混合状态，这根本不应该发生。 因此，BH的蒸发导致内部矛盾：将KTP与GR结合使用，但结果与KTP不兼容。
回答问题：熵的增加通常并不意味着基本的不可逆性，而只是实用的。 由于看到反向过程的可能性很小的事实，熵增加了。 但是原则上，任何过程都应该是可逆的：打碎鸡蛋，揉面粉，烧书–与此相反的过程可以用数学方式轻松描述。 我们只是没有观察到它们，因为这样的事件将需要非常精细的初始状态。 熵的强烈增加实际上使该过程不可逆，但在理论上却是可逆的。
这对除黑洞蒸发之外的所有过程都是如此。 没有任何微调将返回丢失在黑洞中的信息。 这是唯一不可逆的基本情况。 我们知道这很不好，但是我们不知道到底是哪里错了。 因此，我们感到担心。
您在问题中谈到的量子力学的不可逆性来自于测量过程，但是BH的蒸发是不可逆的，即使在进行测量之前也是如此。 当然，可以提出异议-如果我们仍然必须衡量所有观察到的事物，为什么还要担心呢？ 是的，这样的反对是可能的，并且已经被使用。 但是，它本身并不能消除矛盾。 无论如何，您需要展示如何协调两个数学平台。
这个问题引起了人们的关注，因为它的数学非常清楚，其后果是全球性的。 霍金的蒸发取决于物质场的量子性质，但没有考虑时空的量子性质。 因此，人们普遍认为时空的量化对于消除矛盾是必要的。 在解决信息消失的问题的过程中，我们将学习量子引力理论领域的新知识。 因此，黑洞中信息的消失是一个极好的逻辑谜团，具有巨大的潜在利益-这使它如此诱人。
现在谈社会学。 您可能已经注意到，这个问题并不是那么新。 她在我出生前就出现了。 在我的一生中，已经写了成千上万的作品，并提出了数百种解决方案，但理论家对此无法达成共识。 那是因为他们不必这样做：对于我们可以观察到的BH（例如，在银河中心），霍金辐射温度非常低，以至于我们无法测量飞行中的粒子。 因此，BH蒸发是数学思想的理想沙箱。
对于信息丢失的问题，很长一段时间以来就已经提出了一种显而易见的解决方案。 BH破坏了信息，因为超出视野的所有事物都是单一的且被破坏。 但是奇点被认为是数学伪像，在量子引力理论中不应该如此。 消除奇点-消除问题。
的确，当BH几乎失去其全部质量并且变得如此小以至于量子引力开始起作用时，霍金的计算就不再起作用。 这意味着信息只会在最后一个阶段即量子引力阶段爆发，而不会发生矛盾。
但是这种明显的解决方案也很不方便，因为如果您不知道在奇点附近发生什么，并且在曲率强的情况下，将无法计算任何东西，因为这将需要量子引力。 所以这个想法不是很富有成果。 在它的帮助下，几乎没有科学论文可以写作，而很少有关于它的文章。 假设霍金的计算在其他地方是错误的，那就更有成效了。
不幸的是，如果您深入研究文献并尝试找出基于什么理由认为信息以强烈弯曲的形式被拒绝的想法，您会发现这种理由主要是社会性的，而不是科学的。
如果信息在黑洞中延迟了很长时间，则意味着小黑洞应包含许多不同的信息组合。 几篇论文认为，此类BH应缓慢释放信息，这意味着小BH在实践中应表现为无限数量的粒子。 这些作品的作者声称，在这种情况下，即使在背景虚弱的区域（例如，在地球附近）中，它们也应以无限的数量出现，而这在现实中是无法观察到的。
不幸的是，这些论点是基于没有根据的假设，即BH内部很小。 但是一般而言，由于空间可以弯曲，因此表面积和体积之间没有明显的联系。 量子引力强的小BH可以描述为粒子的假设
也没有根据 。
结果，
伦纳德·萨斯金德 （
Leonard Sasskind）撰写了一篇作品，拒绝了信息长期存在于黑洞中并在生命的尽头被释放的想法。 这使其他所有人都有可能声明显而易见的解决方案不起作用，并开始使用自己的论点发布无数新作品。
对此表示怀疑，很抱歉，但这就是我评估这种情况的方式。 我什至承认我自己也参与了这如此多的论文，因为科学界就是这样工作的。 我还需要继续生活。
这是物理学家如此担心BH中信息消失的另一个原因：由于关于此主题的讨论不仅限于实验数据，因此很容易就此撰写论文，并且由于有很多人致力于该主题，因此也没有引号问题。