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天文在线|黑洞会释放它们的能量吗？我们能知道黑洞吸收了什么吗？

想拿回不小心掉进黑洞的《战争与和平》吗？至少还得等数百亿年
天文在线|黑洞会释放它们的能量吗？我们能知道黑洞吸收了什么吗？
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（图解：2019年4月10日公布的黑洞照片 ， 位于M87星系中心）
物理学家说：在任何合理的意义上 ， 这两个问题的答案都是“不” ， 然而 ， 理论上 ， 答案是“能” 。
黑洞通过“霍金辐射”释放能量 ， 这是广义相对论、量子力学和热力学的惊人结合 。 霍金（以及之后的科学家）预言黑洞可以产生黑体光谱 ， 那就是说 ， 它们会像人、太阳 ， 甚至任何具有温度的物体一样向外发出辐射 。 霍金还计算出 ， 辐射会使黑洞达到怎样的温度 。 他发现对于一个质量为M的黑洞 ， 有如下公式：
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， 在此公式中 ， 除了质量M外 ， 其他所有量均为物理常量（甚至8也是 ， 就看你如何理解它） 。 代入所有常量 ， 我们将得到以下公式：
， 其中 ， 质量M的单位是千克（kg） ， 温度T的单位是开尔文（K） 。 “
”可能会让人们认为黑洞的温度很高 ， 但实际上 ， 较小的黑洞（就像我们在欧洲核子中心见到的那样）温度极高 。 然而 ， 如果太阳（质量为
kg）是一个黑洞 ， 它的温度只会达到大约60纳开尔文!舔它一口 ， 你的舌头就会冻成冰棍 。 它的温度约为2.7开尔文 ， 那就意味着所有理论上可以形成的黑洞（
kg ， 或大于几个太阳质量）它们的温度都将远远低于2.7开尔文 。 实际上 ， 由于
黑洞的温度低于2.7K ， 它们吸收的能量将多于释放的能量 。 宇宙中现存的黑洞 ， 只有温度高于2.7K才能收缩 。 所以它们的质量至多为
kg ， 或者大约为月球质量的一半 。 当然你也可以等上几万亿年来等到宇宙冷却下来 ， 之后黑洞才能蒸发 。
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(图解：黑洞破坏路过的恒星图源：NASA)
至于问题的后一半 ， 广义相对论表明 ， 当物体落入黑洞时 ， 它们就消失了 ， 一旦它们落入黑洞 ， 我们根本无法区分一吨和一吨 。 这让物理学家很不舒服 ， 因为除了所有通常的保守法（能量、动量、毒品政策）量子物理学家还有
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（图解：大麦哲伦云面前的黑洞（中心）的模拟视图图源：wikipedia）
幸运的是 ， 他们还可以利用量子纠缠 。 因此如果你向黑洞内扔一本《战争与和平》 ， 黑洞就会辐射出热 ， 这是最为随即的辐射方式 ， 可能会吞掉托尔斯泰所有的作品 。 如果你一次只观测黑洞发射出的一个光子 ， 你几乎什么信息都得不到 ， 但无论如何 ， 你可以收集从黑洞发射出的所有光子并使它们互相干涉 ， 然后分析出它们是怎样纠缠的 。 理论上 ， 你就可以推导出那些物体落入了黑洞 。 然而 ， 你得收集到至少一半的光子 ， 才能说明它们携带了信息 。
黑洞在它们辐射的所有光子中通过量子纠缠储存信息 ， 这是黑洞的图景 。 知道了这一点 ， 黑洞就突然变得有意思多了 。 不用知道太多细节 ， 如果你有N个非纠缠态的双态粒子 ， 你会拥有N比特的信息 。 但是如果你有N个纠缠态的双态粒子 ， 你会拥有2N比特的信息 。 （量子）纠缠为我们提供了跟多可以储存信息的空间 。
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你会突然发现宇宙中大多数的熵都存在于黑洞中 ， 而且理论上讲 ， 一个精心构建的黑洞可能是可以被创造出的最快最强大的计算机 。
的确 ， 我们必须等到宇宙完全冷却 ， 黑洞才会释放它全部的能量 。 我们可以知道什么物体进入了黑洞 ， 但我们必须等到黑洞完全蒸发（宇宙冷却后） ， 才能无干扰地捕捉从原来的黑洞中发射出的几乎所有粒子 。


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