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想拿回不小心掉進(jìn)黑洞的《戰(zhàn)爭(zhēng)與和平》嗎？至少還得等數(shù)百億年

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（圖解：2019年4月10日公布的黑洞照片，位于M87星系中心）

物理學(xué)家說：在任何合理的意義上，這兩個(gè)問題的答案都是“不”，然而，理論上，答案是“能”。

黑洞通過“霍金輻射”釋放能量，這是廣義相對(duì)論、量子力學(xué)和熱力學(xué)的驚人結(jié)合。霍金（以及之后的科學(xué)家）預(yù)言黑洞可以產(chǎn)生黑體光譜，那就是說，它們會(huì)像人、太陽(yáng)，甚至任何具有溫度的物體一樣向外發(fā)出輻射。霍金還計(jì)算出，輻射會(huì)使黑洞達(dá)到怎樣的溫度。他發(fā)現(xiàn)對(duì)于一個(gè)質(zhì)量為M的黑洞，有如下公式：

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? ? ?，在此公式中，除了質(zhì)量M外，其他所有量均為物理常量（甚至8也是，就看你如何理解它）。代入所有常量，我們將得到以下公式： ? ? ? ?

? ? ?，其中，質(zhì)量M的單位是千克（kg），溫度T的單位是開爾文（K）?！?/span> ? ? ? ?

? ? ?”可能會(huì)讓人們認(rèn)為黑洞的溫度很高，但實(shí)際上，較小的黑洞（就像我們?cè)跉W洲核子中心見到的那樣）溫度極高。然而，如果太陽(yáng)（質(zhì)量為 ? ? ? ?

? ? ?kg）是一個(gè)黑洞，它的溫度只會(huì)達(dá)到大約60納開爾文!舔它一口，你的舌頭就會(huì)凍成冰棍。 ? 它的溫度約為2.7開爾文，那就意味著所有理論上可以形成的黑洞（ ? ? ? ?

? ? ?kg，或大于幾個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量）它們的溫度都將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于2.7開爾文。實(shí)際上，由于

黑洞的溫度低于2.7K，它們吸收的能量將多于釋放的能量。宇宙中現(xiàn)存的黑洞，只有溫度高于2.7K才能收縮。所以它們的質(zhì)量至多為 ? ? ? ?

? ? ?kg，或者大約為月球質(zhì)量的一半。當(dāng)然你也可以等上幾萬(wàn)億年來(lái)等到宇宙冷卻下來(lái)，之后黑洞才能蒸發(fā)。

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? ? ? ? ? ? ?(圖解：黑洞破壞路過的恒星 ? ? 圖源：NASA)

至于問題的后一半，廣義相對(duì)論表明，當(dāng)物體落入黑洞時(shí)，它們就消失了，一旦它們落入黑洞，我們根本無(wú)法區(qū)分一噸 ? ?和一噸 ? ?。這讓物理學(xué)家很不舒服，因?yàn)槌怂型ǔ５?/span>保守法（能量、動(dòng)量、毒品政策）量子物理學(xué)家還有 ?

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（圖解：大麥哲倫云面前的黑洞（中心）的模擬視圖 ? ? 圖源：wikipedia）

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幸運(yùn)的是，他們還可以利用量子糾纏。因此如果你向黑洞內(nèi)扔一本《戰(zhàn)爭(zhēng)與和平》，黑洞就會(huì)輻射出熱，這是最為隨即的輻射方式，可能會(huì)吞掉托爾斯泰所有的作品。如果你一次只觀測(cè)黑洞發(fā)射出的一個(gè)光子，你幾乎什么信息都得不到，但無(wú)論如何，你可以收集從黑洞發(fā)射出的所有光子并使它們互相干涉，然后分析出它們是怎樣糾纏的。理論上，你就可以推導(dǎo)出那些物體落入了黑洞。然而，你得收集到至少一半的光子，才能說明它們攜帶了信息。

黑洞在它們輻射的所有光子中通過量子糾纏儲(chǔ)存信息，這是黑洞的圖景。知道了這一點(diǎn)，黑洞就突然變得有意思多了。不用知道太多細(xì)節(jié)，如果你有N個(gè)非糾纏態(tài)的雙態(tài)粒子，你會(huì)擁有N比特的信息。但是如果你有N個(gè)糾纏態(tài)的雙態(tài)粒子，你會(huì)擁有2N比特的信息。（量子）糾纏為我們提供了跟多可以儲(chǔ)存信息的空間。 ? ? ? ?

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你會(huì)突然發(fā)現(xiàn)宇宙中大多數(shù)的熵都存在于黑洞中，而且理論上講，一個(gè)精心構(gòu)建的黑洞可能是可以被創(chuàng)造出的最快最強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)。

的確，我們必須等到宇宙完全冷卻，黑洞才會(huì)釋放它全部的能量。我們可以知道什么物體進(jìn)入了黑洞，但我們必須等到黑洞完全蒸發(fā)（宇宙冷卻后），才能無(wú)干擾地捕捉從原來(lái)的黑洞中發(fā)射出的幾乎所有粒子。

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作者: The Physicist

FY: DX90E2

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