量子力學的理想玩具模型，黑洞可以像全息投影一樣觀察

30 年前，理論物理學家提出我們的宇宙實際上像全息投影（hologram），即目前所見宇宙是真實宇宙的投影；現在，物理學家將相同理論套用在黑洞身上。一篇新論文指出，黑洞可能將產生三維圖像的所有訊息編碼在二維表面上，如此一來就能讓黑洞的神祕熱力學性質變得更容易理解。

廣義相對論中描述的黑洞很簡單，是一個光滑、球形、不存在任何訊息的大而美物體，你只需要用數學方式描述出它們的質量、旋轉、電荷，如果有什麼東西扔進黑洞也不會產生明顯變化，因為沒有任何該事物的線索可以提供，訊息丟失。

然而根據量子物理學，如黑洞熱力學奠基人之一、以色列裔美國理論物理學家雅各布‧貝肯斯坦（Jacob Bekenstein），或英國理論物理學家史蒂芬‧霍金（Stephen Hawking）所說，黑洞也有溫度會產生某種熱輻射（霍金輻射），是現有已知最複雜的系統，它們的特徵在於巨大的熵，包含許多訊息。

隨著時間流逝，黑洞將逐漸蒸發，那麼其中包含的訊息何去何從？是真的被破壞了進而違反量子力學，還是以某種方式保留在霍金輻射中？於是乎，從弦理論中提出的全息原理（holographic principle）成為一個解決方法。該理論認為黑洞內部訊息編碼在其外部二維平面（邊界），而不是三維空間中。

在這種替代性描述中，重力「消失了」，換句話說，全息原理讓科學家可以使用不包含引力的數學語言來描述引力，從而避免與量子力學的摩擦，至少在某些理論類型的黑洞中，全息原理被證明是使計算更容易的有用數學技巧。

新研究指出，這種方法讓黑洞神秘的熱力學性質變得更容易理解：著重於預測這些物體很大的熵，並從量子力學角度對其觀察，就可以像全息投影一樣描述它們。

假如新的微觀方法能夠提供證明霍金輻射，將幫助科學家解決黑洞動力學的關鍵問題之一，並可能揭開訊息悖論的最終謎底。新論文發表在《Physical Review X》。

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（首圖來源：pixabay）