朗讀聲波赫洞的發現，引發了對量子數學、霍金輻射及時空光滑性的討論第聲波赫洞的發現，引發了對量子數學、霍金輻射及時空光滑性的討論

老胡說科學
上個月，一組物理學家在《自然》雜誌上發表報告稱，一種類似於黑洞的吸聲流體，能捕獲光線，但卻輻射出一種無特徵的能量光譜，正如史蒂芬霍金研究的不可見球體一樣。 但是，對於這種類似於黑洞的聲音揭示了真實的黑洞，比如最近在第一張照片中所看到的剪影。 
問題是如何解釋以色列實驗室裡銣原子流體與神秘的天體物理深淵之間的奇怪類比。 天體物理深淵最常見的成因是巨大的恆星耗盡燃料後向內坍縮。 一些哲學家和物理學家認為，這些新發現對黑洞資訊悖論有著驚人的暗示。 黑洞資訊悖論是一個存在了45年的深奧謎題，關於量子資訊是否可以或如何逃離黑洞。 另一些人則認為流體實驗是一個有趣的演示，對黑洞及其核心之謎隻字未提。 
這個悖論源於霍金1974年的洞見：黑洞並非真正的黑色。 它黑色的球形「視界」標誌著它的引力是如此之強，以至於光線都無法逃出來來。 但霍金推斷，視界的時空結構將經歷「量子漲落」，即成對的粒子和反粒子自發地從真空中出現。 正常情況下，這些對立面會立即湮滅，從宇宙預算中迅速借回能量。 但是在黑洞視界兩側出現的粒子和反粒子會被拖離。 
霍金意識到，能量是從真空中『偷』來的，在永久地創造一種新的粒子時，這種粒子以「霍金輻射」的形式輻射出去。 「它的『同夥』承擔了責任，將負能量帶入黑洞。 換句話說，黑洞在輻射時會失去能量。 它們慢慢地蒸發和收縮，最終完全消失。 
問題在於，根據霍金的計算，黑洞輻射將是隨機的，其能量的「熱」譜沒有任何特徵，也不攜帶有關黑洞或黑洞中形成或落入的任何東西的資訊。 這意味著一個蒸發的黑洞會破壞資訊——這是量子力學所不允許的。 量子數學的前提是資訊永遠不會丟失。 當粒子洗牌和變換時，過去的記錄總是被編碼在現在和未來。 從理論上講，我們可以透過時光倒流來重新創造一本燒過的書。 
霍金輻射被發現後的幾十年裡，資訊悖論激發了人們對自然更深層次的理解。 今天的物理學家普遍認為黑洞的資訊是被儲存下來的——引力的量子性質以某種方式改變了事件視界(並糾正了霍金的計算)，其方式是用過去的記錄加密霍金髮出的輻射。 問題是黑洞的資訊是如何產生的。 
多年前，理論物理學家比爾·安魯就提出，霍金關於黑洞視界的見解也應該適用於「聲波視界」。 這提高了透過類比測試霍金數學的可能性，開啟了一場在實驗室中創造黑洞類似物的競賽。 2016年，施泰因豪爾因探測霍金輻射的聲學模擬而成為頭條新聞。 量子單位的聲音，稱為聲子，以成對的形式出現在聲波視界上，一個聲子會被流動的液體沖走，而另一個聲子則會逆流而上，逃離。 
施泰因豪爾說，經過三年的裝置改進，現在「可以對霍金的預測進行定量檢驗」。 在他的新論文中，他和三名合作者報告說，他們的聲波輻射沒有特徵，就像霍金計算黑洞一樣。 施泰因豪爾在電子郵件中說：「這一發現給我們提供了有關資訊悖論的線索。 」光譜的熱形態表明霍金輻射不攜帶任何資訊。 因此，我們需要尋找其他途徑來解決資訊悖論。 」
大多數量子引力研究人員不同意這種觀點，但一群對模擬黑洞實驗感興趣的哲學家認為施泰因豪爾是對的。 
關鍵問題是黑洞視界的時空是否可以被視為光滑的。 霍金和盎魯在他們對真實黑洞和音速黑洞的研究中，都假設量子漲落髮生在平滑的背景下。 霍金在他的計算中，忽略了視界時空結構的微觀特性，安魯也同樣將聲波赫洞中的流體視為光滑的，忽略了它的複合原子。 大多數量子引力研究人員懷疑的正是這種「平滑近似」。 他們認為時空的量子尺度特性在某種程度上編碼了霍金輻射中的資訊。 
施泰因豪爾的新測量結果證實，在流體情況下，光滑度近似是有效的。 此外，盎魯的理論研究表明，具有不同微觀性質的流體在宏觀尺度上仍將是光滑的，併發出無特徵的熱霍金輻射。 哲學家們認為霍金輻射的「普遍性」——它對介質的細粒度細節的魯棒性和不敏感性——表明平滑近似也應該適用於時空。 
我們認為，如果事實證明建模假設不引導你錯在聲的情況下，在普遍性的基礎上考慮，相信他們不會引導你錯在霍金的情況下。 換句話說，新的研究結果增加了「真實黑洞中的資訊一定會丟失」的可能性。 
但是，哲學家們在最近的另一篇論文中討論了一個主要的問題：即使光滑性近似對流體適用，但它可能不適用於時空，時空可能是由微觀部分按照一種更奇怪的模式縫合而成的。 也許，正如溫斯伯格所說，「時空偏離平滑的方式比你的哲學想像的要多得多。 」
例如，各種各樣的思維實驗和玩具例子表明時空可能是全息的——一種幾何投影，類似於電子遊戲宇宙如何從計算機晶片中浮現。 黑洞的內部可能是全息圖，它從視界上編碼的資訊投射出來。 麻省理工學院量子引力理論學家、黑洞專家丹尼爾·哈洛表示，這種情況有望為霍金輻射光譜增添微妙的結構。 輻射看起來是熱的，但「如果你把整個輻射雲輸入一臺量子計算機，並在上面執行一些奇特的演算法」，就會出現有意義的模式。 
哲學家們承認，時空量子尺度特性的奇異可能性「減弱了施泰因豪爾的實驗使黑洞資訊丟失的可能性更大」。 
這會改變任何人的想法嗎？不同的起始信念、證據要求和其他因素可能對科學家做出的推斷產生很大影響。 量子引力理論學家幾乎肯定會繼續認為資訊會逃離黑洞，即使相信資訊丟失的少數人會更有信心。 如果不測量實際的黑洞輻射——這是超出實驗範圍的——專家們怎麼會同意呢？格里布說：「這是科學哲學家們長期以來一直在尋找的一個明確答案。 」

《聲波赫洞的發現，引發了對量子數學、霍金輻射及時空光滑性的討論》完，請繼續朗讀精采文章。
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