物理学家重新思考时间……这解决了几大难题【每日科学新闻】

源自UP主:怕光的丘丘人

02-22 11:55

爱因斯坦广义相对论中的奇点难题一直困扰着物理学界,它不仅导致黑洞信息丢失,还让量子力学与引力理论难以统一。现在,一组物理学家提出了一种新思路,通过重新定义时间的对称性,利用爱因斯坦-罗森桥(虫洞)来解决这一根本矛盾,为理论物理学带来了新的可能性。

物理学家重新思考时间……这解决了几大难题【每日科学新闻】智能速览

  • 黑洞奇点的存在导致时空终结,违反了量子力学中的信息守恒定律。

  • 新理论借鉴量子力学概念,主张在广义相对论中恢复时间的前后对称性。

  • 爱因斯坦-罗森桥(虫洞)被用作实现这种时间对称性的关键工具。

  • 信息并未在奇点消失,而是沿着时间逆流进入一个平行宇宙。

  • 该理论预言在宇宙微波背景辐射中存在可观测痕迹,但此观点存疑。

物理学家重新思考时间……这解决了几大难题【每日科学新闻】精华内容

这项新研究的核心在于挑战我们对时间的基本认知,通过引入时间反演的对称性,来化解物理学中两大支柱理论之间的深层冲突。

奇点与信息悖论

爱因斯坦的广义相对论预言了奇点的存在,例如黑洞的中心,那里的时空曲率无限大,物理定律失效。这不仅带来了数学上的困扰,更重要的是,它违反了量子力学的基本原则——信息守恒。在量子理论中,系统的演化是可逆的,而奇点却是时空与信息的终点,这便是著名的“黑洞信息丢失悖论”,是统一广义相对论与量子力学的主要障碍。

恢复时间对称性

为解决此悖论,研究者们提出回到物理学的基石,重新审视时间的本质。他们认为问题出在广义相对论在奇点处的时间不可逆性。在量子物理学中,时间对称是常态,例如反粒子可被视为沿时间倒流的粒子。因此,新研究主张在广义相对论中同样引入时间反演的对称性,将时间正向流向奇点与时间逆向流出奇点的情况结合考虑。

罗森桥的作用

实现时间对称性的关键工具是爱因斯坦-罗森桥,即最简单的虫洞模型。该解虽然仍包含奇点,但它拥有两个分支:一个分支允许粒子进入奇点,另一个分支则允许粒子从奇点出来。通过同时考虑进入和离开的量子态对,奇点不再是信息的终点。这样一来,信息并未被销毁,而是通过时间逆流,从一个分支转移到另一个分支。

平行宇宙可观测

在这个模型中,消失的信息并没有真的消失,而是逆着时间流进入了一个平行宇宙。对于孤立的黑洞,这种效应无法观测。但研究者指出,对于宇宙大爆炸的早期,情况有所不同。宇宙早期经历的暴胀过程,在时间正向和逆向的量子态之间创造了不对称性,并预言这种不对称性会在宇宙微波背景辐射(CMB)中留下特定的痕迹。不过,这一具体的观测预言目前存在较大争议。

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