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第269章 量子涨落（第1页）

咱们来介绍一下黑洞信息，杨幂啊，无论在经典物理当中，还是亮度里当中人们对于信息守恒啊，似乎从来都没怀疑过，虽然我们到现在对于信息这个词儿仍然没有一个额，相对来说严谨的定义，但是黑洞热力学的出现呢？确认信息是否守恒的这个问题啊，浮出了水面，并且加了人们对于万有理论的研究啊，可惜的是，这个问题至今为止仍然是物理学的未解之谜啊，挑起这个问题的人呢？这个事实一分货，今天咱那今天咱们就先来介绍一下霍金其人，然后顺带着回顾一下上期的内容，霍金的是1942年1月8号出生在这个英国牛津啊，这一天刚好是伽利略逝世3oo周年，霍金呢，有两个妹妹啊，还有一个收养的地理啊，霍金从小就对宇宙学充满了好奇，满15岁的时候呢，他就接触到了这个膨胀宇宙模型啊，这宇宙宇宙正在膨胀啊，这霍金就感觉是不可思议啊，可能可能可能可。

同学讨论讨论这个宇宙啊，他那个时候还是一个高中生呢，所以她同学就都给它起了起了个外号叫小爱因斯坦啊，就天天研究时空1959年17岁的霍金呢，就考入了这个牛津大学大学学院，物理学三年之后大学毕业了，这霍金呢，就决定学习宇宙学，但当时啊，这个牛津大学没有很好的宇宙学课程和导师啊，到时候这剑桥大学在这方面也比较厉害，当时剑桥大学最有名的宇宙学家叫做嚯嚯，这位就是稳恒态宇宙模型的创始人之一之一，这霍金就想去和他学习一年，所以毕业之后1962年霍金就考到了这个剑桥大学三一学院来攻读这个宇宙学，博士研究生啊，但是他被她被指派的导师啊，并不是这个会议另外一个叫做丹尼斯下马啊这下马啊，虽然名气不高啊，但是他很喜欢和这个学生讨论问题，而且而且说要是有哪个问题啊？这个下马解决不了的，没关系的，我可以介绍别人来给你解答你想上去咱们提到这个罗斯，他就是。

下马的朋友那个朋友是本来是研究数学的，那就是下马总去找她问问题啊，结果呢？这朋友圈就喜欢上这个广义相对论啊，就成为了一相对论和宇宙学的专家了，所以后来这个想法就说嘛，我这一生最骄傲的两个事儿，一个就是有霍金这个学生，那另外一个呢，就是把俄罗斯拉过来，这个研究过相对论啊，研究生第二年1963年霍金就被诊断出来患有这个建筑症啊，这种病到现在都没有这个根治方法啊，然后后大夫大夫来基本上也就两三年的寿命了，所以这霍金一时间是很难打井，根本就无心学习了啊，就想退学了，那正是在下马的这个劝说之下啊，再加上年霍金谈恋爱了啊，姑娘叫做怀尔德啊，这是霍金妹妹妹妹啊，后来呢，这个霍金查出电动之后，或者是不离不弃啊，64年订婚了，这个65年两人就结婚了，这块儿有的就是霍金的第任妻子啊，而所以就是在导师和爱人的鼓励之下，霍金开始继续做研究啊，并且延续。

这个生命的记忆啊，知道我去年才去世，什么年的时候呢，就提出了七点，那就是无论这个恒星，他在探索的过程当中是否是高度，最终都最终都会形成一个密度无限大的一个无限大的一个年扩间呢？就在这个自己的博士论文当中啊，又把奇点定理啊进行了拓展啊，撰写了宇宙膨胀的性质一文啊，并且她凭借的这篇论文是顺利地拿到了这个博士学位啊，那之后就开始专攻广义相对论和宇宙学，在这期间，他和彭罗斯等人啊有过不少沟通和交流和交流的1971年霍金呢，表了三篇论文呢，第一篇论文呢？是说这个在宇宙大爆炸初期啊，由于高温高压，所以呢会形成一些原初黑洞啊，这些黑洞啊，并不是由于这个恒星炭，所以它所以它质量啊，相对来说会比较小啊，那第二天的人有货运部分证明了无毛，并且咱们之前说的动态只有三个信息啊，这三个信息就可以唯一的。

确认一个黑洞了啊，并且其他的信息我们也不可能知道的，第三篇论文啊，就是霍金提出了所谓的面积定理啊，说黑洞的表面积只能随时间增加，不能够随时间减小啊，那这个面积定理啊，在当时就被到了一个人啊，就是会热的一个学生叫做贝克斯坦被贝克斯坦认为说黑洞的表面积那就可以看作是伤的程度啊，因为根据这个热力学第二定律是孤立系统当中的汤也是只增不减的，所以呢，这个很简单，就把黑洞的表面积和熵联系到一起了啊，或者说是背景的胆子就是歪曲了我的意思是我的这个面积定理就是单纯从数学角度证明了那个黑洞，他并不存在这个热力学过，结果呢，两年之后啊，霍金改口了，认为说这个被斯坦说的是对的是对的，黑洞的表面积确实可以认为是伤的两度啊，不仅如此，这黑洞有伤，所以呢，提供有温度，有温度，有存在热火时，于是霍金就提出了另外一个重要的贡献啊，就是霍金辐射。

并并且从此就诞生了黑洞热力学上去，怎么就说到这儿了吧？那下面咱们就来看看这个信息悖论啊，到底是咋回事儿？先咱们就得从这个霍金辐射说出来了，在经典的黑洞模型当中，人们认为黑洞是只进不出的啊，那怎么可能存在这个热辐射呢啊？就是霍金的高明之处，他巧妙的把这个量子效应啊加入到这个黑洞当中，我们之前说真空当中，并不是空不是空无的啊，在量子力学当中当中那真空的吗？真空的时候，老师都存在这个量子上，这个量子涨落不停地有需要的对的，这个出现啊，就是一个虚粒子和一个虚法粒子啊，并且呢，在极短时间之内啊，他们迅的就湮灭了，所以我们就看不到了啊，或者你可以这样简单的理解啊，所谓的虚的虚，这个虚构的啊，我们看不到的，但是呢，这个虚粒子对，如果他在短时间之内，他不能够严密啊，那须力子呢，就可以通过宣传效应变成实粒子，从而被我们观察到啊！

哎，那你可能会好奇，你说那我们为什么要虚构这个虚粒子呢？那就既然看不到，那是不是就是不存在了啊？质量，所以我们不能够直接看到叙利亚啊，但是它们引起的一些效应，而却可以给我们观察到啊，比如说咱咱们之前提到我们这个卡西米有效应是真空空调两块平行的，这个金属板之间啊她他会存在着莫名其妙的压力，那这件事就可以通过这个虚粒子来解释啊，代表说，既然真空当中存在着这个量子涨落，那我加一个电厂，那你这两个虚粒子，它一正一反呢，如果这个虚粒子对还没来得及这个严密呢？哎，那他们就会被这个电厂给拉开了，他俩就不应该向相反的方向跑啊，对吧对吧对事实也正是如此，如果在真空当中，我们世界上强电场啊，这个虚粒子，它就会变成实粒子，然后向相反的方向跑，从而能被我们观察到这，这就是真空极化啊，这块儿这块儿这块儿这块儿这块儿这块儿这块大，总之，真空当中是存在这个量子涨落的啊，那我们现在脑补。

这样一个画面就如果这个量子涨落的这个过程，它恰好生在了黑洞的这个世界的附近，会怎么样？那一共也就这么几种情况，第一种呢是黑洞的这个引力还来不及，对这个虚粒子对产生影响了吗？这个是直接喷，严密啊，就相当于什么都没生啊，或者呢，这个咋就掉进黑洞里了呢？然后再生演明，这种情况也不会造成什么影响啊，可是还有一种情况就是这个真空当中突然出现了一对对对对，但是只有一个调集黑动力了，另外一个呢，他跑掉了啊，这种情况会有什么影响呢？但是这块儿还得需要这个细分的两种情况啊，就是可能是这个需要进黑洞了啊，虚反粒子呢？也可能是虚反粒子掉进黑洞了，这个靴子跑出来了啊，霍金通过计算之后现，咱们刚才说的这个最后的这种情况生的概率最高就是这个虚反粒子，它掉进黑黑洞里了，变成实的反粒子了虚粒子呢？每一掉进去就逃离这个黑洞，变成实力派了啊这种。

情况那就有意思了，这个反粒子，它具有负能量啊，那当这个反粒子被吸引到这个黑洞的这个起点上的时候，由于它具有负能量，所以呢，黑洞整体的能量就会减少那么一丢丢，或者说它质量减少了一丢丢，跑出去那个实粒子呢？具有正能量就逃之夭夭了，哎呀，你看这种情况，那整体上是不是就相当于就从这个黑洞中心射了一个实力一直奔向远方了？也就是说，这两种结果是等价的啊，就具体过程我们都可以不关心了，唉，这就是霍金辐射啊，由于真空当中的这个量子涨落，让黑洞这种这种无毛的天体仍仍然存在着辐射啊，霍金辐射啊带来的直接的结论啊，有这么几个第一个面积定理不太是绝对的啊，也就是黑洞的表面积，它并不是只增不减了啊，那是经典的黑洞理论，而在考虑的这个量子效应的这个黑洞理论当中呢？哪怕只有一个粒子辐射出去了啊，那么黑洞的。

质量也会减少那么一丢丢啊，质量减少半径呢，就会减少是吧你半径减少，表面积自然也会减少啊，而且一会儿咱们还会提到黑洞的表面积，它不仅会减少啊，黑洞还有可能完全的就蒸掉了，第二个结论霍金辐射呀，保全了热烈需要第二定律啊要背很多，然后说说黑洞的表面积可以看作熵的量度，因为表面积指同步减呢，但是现在呢，这黑洞的表面积，它并不是只能不剪了呀那时候你学第二定律是不是不是不是不是黑洞了呢啊不是的啊，还记得咱们刚才说的这个霍金辐射的过程吗他是有一个虚反粒子，它掉进这个黑洞里啊，然后使这个黑洞的质量减少了，但这个虚反粒子，它本身是带有伤的，所以在这个过程当中啊伤并没有减少，第三个结论，黑洞存在真温度啊，霍金通过计算这个黑洞的腐蚀强度，现这个辐射呀她近似于一个黑体辐射啊所以呢，我们就可以把黑洞看做是一个具有温度。

度的黑体啊，只不过这个黑洞的温度它有点特殊黑洞的温度和质量是成反比的，什么意思？就是黑洞质量越大，它的温度呢？哎，就会越低，唉，只能说呢，它温度就会越高，而而这个黑洞温度的高低呢？又意味着辐射强度的高低，所以一个神奇的事情啊，就出现了我们假设，呃呃呃，存在一个温度为1oo度的这么一个黑洞。就是黑洞质量越大，它的温度呢？哎，就会越低，唉，只能让它小呢它温度就会越高而而而这个黑洞温度的高低呢？又一位置呢辐射强度的高低，所以一个神奇的事情啊，就是情况就出现了，我们假设呃呃呃，存在一个温度为1oo度的整个黑洞啊，当周围环境高于1oo度的时候啊，那整体提前出来了，就是这个黑洞啊，他有他的这个吸收要大于射啊，这个这个这个这个这个这个小时同时从高温转移到一道，所以呢，黑洞就希亚西埃就质量呢，不断地增加呢，但是由于黑洞的这个温度和质量是成反比的，所以呢，这个黑洞质量的增加可以动的温度会越来越越越越和y度的温度的差距呢，就会越来越大，越来越大，越大越大越大越大越大越大越大越还是1oo度的这个黑洞啊这个这个周围温度都是低于1oo度了啊，那黑洞整体呢？她就是射大于吸收啊它质量呢，就会减小，可是随着这个质量的减小呢，黑洞的温度就会烦人，他就升高了啊，还是和这个周围的温度就越来越大。

黑洞具有复杂，比如他他永远不会和周围的环境达到一个稳定的热平衡状态，而而现实当中，人们探测到的这个黑洞的质量呢都是级大的，根据恒星的演化模型，黑洞的质量也至少要在三个太阳质量以上啊，这样的黑洞呢？他温度就是低于11亿度啊，就是又没有这个宇宙微波背景的温度高呢啊？所以这些黑洞都是以吸收为主啊，当把周围的这些物质呢都吸没了，之后那一颗大质量黑洞了，就会孤独终老啊，以及其微弱的这个霍金辐射减小的质量，最终呢消失啊，如果是这个太阳质量量量的黑洞啊，那么它的寿命会长达十的68次方年啊，这显然是一个天文数字啊，但是咱们前面说了就是宇宙初期特形成一些原初黑洞啊，那你这些黑洞的质量小啊，所以呢，温度也会很高啊，一个质量为1oo多呢，黑洞它温度可以高达十的18次方开啊，那对于他的显然就是射大于吸收了是吧？

这几乎是瞬间完成了这样的黑洞啊，他寿命只有o3秒钟啊，那么火是质量大概是十亿吨的，这个原着黑洞啊，它的大小也就是这个炙子的啊，那这种黑洞它的温度呢？大概就是1o到11次翻开左右啊，她的寿命呢？大概就是宇宙年龄长时间啊，就是一年两年了，并且这这种黑洞黑洞，随着这个蒸到了这个最后的最后的最后的零点钟的时间之内，它会释放出相当于1oo万颗百万吨级的这个氢弹的能量啊，明显伴随着强烈的大码曲线啊，所以这么就估计就应该会在的，现在的某时某刻啊，就没准那个黑洞演化到万年突然就爆炸了，但是到现在我们也没有观察到一颗啊，还有一个这个奇怪的事儿就是人们现啊，即使每立方光年之内啊，有3oo个这样的圆珠小黑的啊，这个制度已经是相当之高了啊，那也远不及人类已经观测到的这个宇宙无法实现背景啊，唉，那这些干嘛时间报的都是哪来的呢？人这是。

另外一个问题了啊，咱们改天再说这个问题啊，先收回到黑洞，咱们怎们花了这么长篇幅来介绍这个霍金辐射为了寿命，在现有的理论中，黑洞确实不是永恒的啊，他是会完全蒸掉的大质量黑洞，那只不过是蒸的慢点而已啊，味道问题就来了，那曾经被黑洞吸进去的这个所有的信息都跑哪儿去了呢？这就是黑洞信息养病啊，她可能有同学存在疑问，是不是信息消失了就消失了呗？那有啥大惊小怪的呢，唉，这件事儿啊，对于研究广义相对于相对于相对于来啊，可能不足为奇，但是对于研究对研究粒子物理的物理的物理学家来说，因为信息守恒啊，对应着量子力学当中的一个根基就是一症性啊，咱们解释一下什么意思？绝定各位应该听说过对吧？这个拉芭拉巴拉斯一说，如果呢存在这么一个妖怪啊，他能够知道宇宙当中的任何信息，你比如说我知道我要是能够知道他每时每刻的这个空气阻力。

产品的质量啊，这个桌面的弹性系数等等所有参数大理论上我就是可以知道这个产业才能支持起来了，并且我可以根据所有的信息，还能够返退回去啊，这个产品之前他之前她之前生了，说白了就是回到过去预知未来啊，这就是决定论的观点呢这个观点啊，在经典物理学的这个角度看来，确实没啥毛病啊，只不过说我们算力有限啊，而且我们能够获得的信息也不一定是全部的，哎哎，注意啊，我们能不能获得这个信息和这个信息？他是否存在啊？这是两个问题啊，哎，那在量子力学当中，这个决定论的观点怎么样了呢？其实是这一半儿支持一半不支持啊，支持的就是对于这个波函数而言啊，不支持的呢，就是对于这个波函数探索的这个过程啊，那咱们再来解释一下，我们说量子力学当中这个薛定谔方程就类似于经典力学当中的牛二定律所，所以在薛定谔方程当中啊，其实就是确定的方程当中对于。

的量子态的过去和将来，这是一件很确定的事啊啊，量子太太记得吧，我们说就是一团这个波函数啊，这里面包含这个微观粒子，所有所有的这个新新新，或者说自由度啊，自由度啊，并且我只要能够知道足够多的信息，这个波函数塌上一秒长啥样，下一秒长啥样我都能够根据这个计算得出来，你看，这不就是拉普拉斯妖吗？但是一旦涉及到测量这个波函数坍缩了，那这就是一个随机时间了啊，那所以我们不要测量在不在波函数不乏什么弹？所以这个情况下，量子力学就是支持决定论文，其实这你也就理解了，就为什么，怎么会提出什么平行宇宙啊？就是这种听起来感觉很荒缪的理论呢，就是为了保全这个决定的决定的波函数只要一看数就会分裂出所有可能的宇宙啊，那当我把所有的这个宇宙给他全部和谐的时候挨他还会是一个完整的波函数啊就是说啊，这就是一个可逆过程啊，但是如果没有平行宇宙了，你本来人家。

是一团不函数啊，他说之后呢，变成一个点了我我从这一个点是无法得到你之前这个整个不函数具体长什么样的啊，这就不是决定论了，所以还是那句话，都是被逼的啊那么没有没有没有没有没有当中这个波函数的演化就有较多要重点化表达的意思呢就是决定的思想就是我可以通过出台的劳模的模态也可以通过不太得到初代那你想象一下，就像是一个人在走路啊，就这个人，他行走的一定是唯一的这么一条路啊，他不能是一个位置行的啊，如果你从一个杯子形的其中这么一条路走了走，那当我推测你来时的这个路线的时候啊那我一到这个白色路口我就懵了我不知道你是从哪条这个路口来了了，所以这种决定的事项在经典当中就对应了一个很深刻的定理，叫做留恋而定啊，就是哈密顿力学当中的这个流程是定义啊，简单说就是一个演化，她不能够分差也不能够汇聚啊那在这种思想之下呀最直接的。

一个结论就是信息是守恒的，或者我们都可以说，这是等价的啊，因为决定论必然是信息兽王的，这就是量子力学的根据啊，如果信息不是黄那薛定谔方程就没法用了啊，所以争论就出现在这儿霍金呢，最早认为这个信息是不少行了，那就是随着黑洞的这个蒸，黑洞内部的信息也就都消失了呢？为此呢，在年和霍金和他的好朋友吉普索恩和异味这个粒子物理的力学，就是普通的打了个赌嘛，霍金呢，和索恩呢就认为是这个信息是不守恒啊，反正又不影响我的广西相对论，可能是你们量子的力学出现出现了啊，而这个p1ay不认为呃呃，这个亮度这些啊没什么啊，信息一定是少了，要改也是你们广西的乱的修改，对吧？就你看就你们广香还不能够同意啊，就双方争论了好久啊，一直到这个2oo4年，霍金呢就突然单方面宣布说认出了信息是守恒的啊，那所以听说之后说不行啊，这个还没同意的啊，我不认识啊！

有信息就是不是忘忘了你你看就一直到现在这个问题啊？仍然是无解的，下面咱们来讲讲，我说一下就现在的一些进展，这个单要单方面的证明广告和量子力学啊，哪个有问题啊恐怕是不行了啊？因为在每个单独的领域之内，这两个物理学大厦他理论还都是很完善啊，只是说到了黑洞这把他们两个一结合出现问题了吗？那唯一的一条路就是要寻找一个可以统一光纤和亮子的理论的理论呢，其实这就是老问题，也就是寻找一个外有理论，因为只要光告和这个量子力学能统一，那四种基本作用力也就可以统一了啊，所以如何把引力量的话，也就是寻找一套这个量子理论啊，就是现在理论的主要研究方向之一啊，那主要呢这么两套理论，一个就是弦论啊，另外一个叫做圈量子引力啊，目前解决这个信息守恒杨幂的的最被看好的理论可能就是闲置当中的这个全息原理了，大致意思呢，就是说被黑洞。

吸进去的信息啊，他并没有消失啊，甚至他并没有真正的被黑洞吸进去啊，而是呢，全部都停留在这个黑洞的表面了啊，换句话说，我们想要描述这个三维空间的量子给力啊，不需要三维空间，只是二维空间就足够了啊，但是萱萱萱萱刚被提出来的时候并没有这个引起太大的重视，在心里是1994年被提出来了，到了1997年底啊，什么才开始重视啊，因为物理学家马德西纳剔除了ababac1oud，遇到啊，遇到法德西的共形场论队友啊马达，其他猜想，他说一定的这个反德基的空间上的评论或者是m理论对偶于比反德西特空间维度更低的共形成的啊呃，这个意思大家可以完全不用去，这个理会什么意思啊？唉，但是你现他和全息理论的思想很像，对如果马达希腊的一个猜想是对的话，那么abo就是全息原理的直接实现啊，而且这个共性厂商也是邮政啊，那么信息他就应该是守恒的，不过难就难在。

你如何验证这个理论的正确性呢？所以至今为止还在研究范畴啊，其实后来人们又提出了火墙模型啊，什么黑洞互补原理等啊，不过我觉得这个过于深奥的理论，咱们在这个专题里面就不讨论啊，就大家只要知道有这么个事儿，然后是物理学的前沿问题，并且至今没有彻底解决呢啊，作为科普就够用了啊.