如何瞬間進出一個黑洞

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新的演算法指出次原子粒子的量子隱形傳態可被用來取得黑洞中的信息。

從假想的黑洞中取得的是量子信息,意即收集到的數據是所有潛在狀態的疊加,而不是標準位元的0或1。

英國劍橋大學博士生研究合著者亞當.傑明(Adam Jermyn)聲稱:「原則上,我們已經可以具體證明從黑洞中取得量子信息是有可能的。」

研究專家於2015年10月的arXiv期刊預印本中指出;「請不要現在就把你的電腦丟到黑洞裡,因為能取回的信息數量是微乎其微的,可能只有一量子位元;而且也可能因此犧牲從黑洞取得其它量子信息的可能性。」

引力真空

大部分的人相信沒有任何東西可以從黑洞中逃脫;緊密的,非常密集的天體如崩塌的恆星,其巨大的重力阻止光線及物質的逃脫。但事實證明,還是可以從如魔掌般的黑洞中取得些信息。

雖然一個人或一個原子無法逃脫黑洞,物理學家依然相信宇宙不會破壞信息;這就表示原則上被黑洞吸入的信息是有可能被吐出的。(原由就是大部分的物理學家相信應該可以前後來回地應用物理定律。)

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在1970年代,物理學家史蒂芬.霍金就預測這是如何運作的。量子粒子是波動的,他們位處於包含黑洞內外的任何可能位置。即便未必會發生,次原子粒子還是有可能藉由量子隧穿的方式從黑洞中逃脫。

「霍金輻射」指的是量子輻射在隧穿過程中從黑洞的邊緣滲漏。其輻射被認定為很暗淡,儘管它暗淡到未曾被探測到,大部分的科學家都相信它是真的存在。

標準資訊與量子信息

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科學家早就知道可以藉由黑洞搜集標準信息。舉例來說,如果將一個粒子投進黑洞中,測量黑洞的前後質量就可以計算出粒子的質量;傑明說:「這就是所謂的標準資訊。」

因為量子力學的運作方式並

不尋常,導致部份數據是一個量子位元。量子位元會在多重糾纏的狀態下同時出現;但是測量微小粒子的狀態會迫使量子位元「選擇」一個狀態,這樣一來某些附加信息會因此被消除。

傑明與他的同事嘗試推論量子的信息,例如:進入黑洞的粒子的旋轉或是角動量的方向。(根據經典的觀點,黑洞可能有一個角動量;但事實上,它的角動量在量子力學來說其實是多種可能性的疊加。)

瞬移數據

他們利用黑洞中量子隱形傳態或是霍金輻射的演算法來取得瞬移數據。當有人將粒子擲入黑洞中,霍金輻射會創造出兩個新的幽靈似的粒子;其中一個幻影粒子會被黑洞給吞噬,另一個則會逃脫。

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藉由研究霍金輻射的轉出狀態,物理學家可以理論性地推斷進入粒子的相關信息。

傑明告訴生命科學:「訣竅就是只做不“看”。」假設他們直接測量霍金輻射的轉出狀態,他們會限制了其旋轉的狀態,也會因此失去量子信息以及推論原始粒子旋轉狀態的可能性。

相反的,演算法間接的測量黑洞的旋轉、原先進入的粒子以及被掃入的霍金輻射。傑明稱道:「訣竅是他們並沒有測量所有可被測量的一切﹖研究者從這些測量出的結果只能得知動量守恆是否有所改變,卻無法得知其改變的方向。」

傑明說:「這些未測出的結果透露了些許的信息,但你錯過了所有的量子力學資訊。」

他們可以從測量結果中反算出進入量子位元動量守恆的旋轉方向;因此,理論上他們就可以取得黑洞的量子相關信息

實際應用

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新方法的實際應用是有限的。

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傑明說:「你不可能就這樣偶然地投入[一量子位元]而希望能夠拿回它,你必須從長計議。隨意將數據丟入黑洞的那些人就這樣未能如願的刪除了數據。」

傑明補充:「他們的方法只能取得一量子位的信息;即便其演算法更進一步地發展,可能也無法取得非常多的資訊。」

除此之外,物理學家根本不認同從黑洞能夠取得很多信息的相關理論。

傑明說:「有些信息就像是當你刪除電腦裡的檔案時一樣,那些資料其實依然存在,它只是被打亂了。在信息被打亂前,你可以擷取到多少的信息,其實可能是有限的。」

距離最近的黑洞對科學家來說還是遠到無法測試其演算法。基本上,科學家可以利用玻色-愛因斯坦(Bose-Einstein)凝聚現象,凝聚過冷的粒子在實驗室裡創造微小黑洞的類似物。科學家使用電壓創造出像黑洞一樣無法滲透的「分界線」。傑明聲稱:「這樣一來就可以探索黑洞的相關理論了。」

來源: Livescience