黑洞信息悖论

黑洞信息佯谬 是一个量子力学与广义相对论相结合时产生的难题。广义相对论预言了黑洞的存在，那是一个任何物质都无法逃逸出去的时空区域——甚至连光都无法逃逸。在1970年代，史蒂芬·霍金将量子力学应用于这一系统时发现，一个孤立的黑洞会发出一种辐射，被称为霍金辐射。霍金还论证了，这种辐射的具体形式跟黑洞的初始状态无关，而是只跟黑洞的质量、电荷和角动量有关。当考虑一个黑洞通过某种物理过程形成，接着通过霍金辐射彻底蒸发的整个过程时，便会出现信息悖论。霍金的计算表明，辐射的最终状态所保留的信息中，仅仅包含关于初始状态的总质量、总电荷和总角动量的信息。因为多个不同的状态都可以具有相同的质量、电荷和角动量，所以这说明，多个不同的初始物理状态是可以演化到同一个最终状态去的。因此，关于初始状态的详细信息便永久性地丢失了。然而，这违反了一条经典物理和量子物理共同的核心准则，即——原则上，一个系统在某个时间点的状态应该决定了其在其他任意时间点的状态。具体来说，在量子力学中，系统的状态由其波函数所描述。波函数的演化由一个幺正算符所确定，而幺正性意味着，在任意时刻的波函数可以用来确定过去或是将来的波函数。