黑洞内发生什麽事？物理学家想用量子纠缠新方法窥知 https://technews.tw/2019/03/07/black-hole-quantum-entanglement-particle-einstein-stephen-hawking-qubit-computer/ 在现有认知中，黑洞如无底空间，所有事物进得去、出不来，没人知晓黑洞里究竟发生了 什麽事。但是物理学家一项新实验表明，可能有个量子力学新方法可以窥探黑洞内部。 爱因斯坦广义相对论如此描述黑洞：一个质量大到附近物质或辐射都无法逃离其重力场的 天体，而通过黑洞事件视界（event horizon）的粒子将永远困在事件视界之内，连速度 最快的光子都无法逃脱；换句话说，视界之外的观测者再也无法取得这些消失粒子的讯息 。 然而量子力学表示，所有物理资讯比如粒子的质量、动量或是温度，就算进入黑洞也永远 不会消失，只是在多体纠缠状态下被隐藏或扰乱了，也因此一些量子物理学家声称，只要 等待黑洞发出霍金辐射後逐渐缩小至原本尺寸的一半，我们就能重建消失粒子的讯息；而 广义相对论与量子力学理论结合，产生了尚待物理学界解决的黑洞资讯悖论（Black hole information paradox）。 可惜的是，光是一个质量与太阳相当的黑洞，要等它蒸发殆尽就得花上 10^67 年，遑论 至今为止，我们观测到的最小黑洞至少为 3.8 倍太阳质量；而一个超大质量黑洞甚至可 存活 10^90 年，比当今宇宙年龄还要大上 N 倍。 所以被动等待一途不科学，那还有什麽方法能尝试从黑洞中提取讯息？一个已经不算新的 概念叫做量子纠缠。 一对相互交缠的粒子彼此状态会互补，测量一个粒子的物理性质，另一个粒子就会立即出 现相反的结果，爱因斯坦称之为「鬼魅般的超距作用」，最近一项实验还表明，量子纠缠 的作用速度比光速快至少 10,000 倍。 假如现在有一对纠缠的粒子 A 与 B 被拆开，A 落入黑洞内，B 幸存下来逃离黑洞（产生 霍金辐射），它们彼此仍然会相互联系，新研究主要作者、马里兰大学学院市分校联合量 子研究所（Joint Quantum Institute，JQI）研究生 Kevin Landsman 表示，我们将能透 过测量 B 粒子得知 A 粒子的所有行为。 尽管在黑洞内的粒子也会与其他粒子相互作用、扰乱原本物理资讯，但新论文表示，若能 「大量」运算霍金辐射中被拆开且逃逸的交缠粒子，原则上仍有可能一窥黑洞内部光景， 虽然过程铁定困难无比，我们还得先证实霍金辐射真的存在。 研究共同作者加拿大圆周理论物理研究所（Perimeter Institute）物理学家 Beni Yoshida、加州大学柏克莱分校物理学家 Norman Yao 等人，提出了基於 OTOC（ out-of-time-order correlation）函数的实验方法（可根据时间变化比较粒子的量子态 ），并建立一个以相互纠缠的量子位元（qubit，又称为 Q 位元）进行运算的量子电脑。 接着，团队再建立 3 个镱原子之原子核相互纠缠的简单模型，运算过程太复杂，但简单 说，可以判断一个粒子的物理性质是否因和其他粒子互动而陷入无法辨识之混乱状态，或 者只和自身纠缠粒子相互作用。计算结果表明，一半的量子态受扰乱，另一半则经量子退 相干（Quantum decoherence）效应丧失。 这项研究成果非凡，虽然离我们揭开黑洞内部之谜还有段技术距离需解决。新论文发表在 《自然》（Nature）期刊。 https://www.nature.com/articles/s41586-019-0952-6.epdf?referrer_access_token=gnhk13XCmV0OXphcfh_apNRgN0jAjWel9jnR3ZoTv0OLzNoPPDo17OzdbfnhR1u4v6lsNoP-4_pUBN4wPsG8NxtuJPvq9wYFxa__koNXwmWpM2PX0gx-o3ZSR1jbc1MjhynK9_FoyriqMcdeN_96zjVj79tb7zjIhNbBPuxBQeRkr63IJZ9wWjOtT9c3amCKmA2nN5u0_A5otrtr-9qWpv8qI9DGuB2zXcB2qWCUQVCDfL3ZSrHyOT9cpnZ6E9YW&tracking_referrer=www.livescience.com --

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